计算机组成原理课件第四篇 章 指令系统.ppt

第三章 指令系统;概述 指令系统 操作数类型和存储方式 寻址方式;指令系统 指令是指示计算机某种操作的命令。一台计算机能执行的全部指令的集合称为指令系统。它决定了一台计算机硬件的主要性能和基本功能。 ;机器指令的要素 操作码 源操作数 目的操作数 下一条指令的引用 指令的表示 ;1．操作码 设计计算机时，对指令系统的每一条指令都要规定一个操作码。指令操作码表示该指令进行什么性质的操作， 2．地址码 根据一条指令中有几个操作数地址，可将该指令称为几操作数指令或几地址指令。目前，二地址指令和一地址指令用的最多。 3．指令字长度 一个指令字中包含二进制代码的为数，称为指令字长度。而机器字长是指计算机能直接处理的二进制数据的位数，它决定了计算机的运算精度。 ; 二地址指令只用15条，由4位基本操作码0000-----1110组合给出，剩余一个1111用于把操作码扩展到A1。 单地址指令由操作码1111 000000----1111 111110给出，剩余一个1111 111111用于把操作码扩展到A2。 零地址的16位操作码由1111 111111 000000-----1111 111111 111111给出。 二地址指令有15条，单地址指令有63条，零地址指令有64条，共计142条指令。;指令的寻址方式 顺序寻址方式：按照指令在内存的存放位置顺序地取出指令，然后执行的过程，为顺序寻址方式。 跳跃寻址方式：程序转移执行的顺序。;操作数的寻址方式 隐含寻址 立即寻址 直接寻址 间接寻址 寄存器寻址方式 寄存器间接寻址方式 偏移寻址 （1） 相对寻址方式 （2）基值寻址方式 （3）变址寻址方式 段寻址方式 堆栈寻址方式;隐含寻址 这种类型的指令，不是明显地给出操作数的地址，而是指令中隐含着操作数的地址。 ;;寄存器寻址方式 当操作数不放在内存中，而是放在中央处理器的通用寄存器中时，可采用寄存器寻址方式。显然，此时指令中给出的操作数地址不是内存的地址单元号，而是通用寄存器的编号，在IBM370计算机的指令结构中，RR型指令，就是采用寄存器寻址方式。 ; 直接寻址是一种基本的寻址方法，其特点是：在指令格式的地址字段中直接指出操作数在内存的地址D。由于??作数的地址直接给出而不需要经过某种变换或运算，所以称这种寻址方式为直接寻址方式。 ;寄存器间接寻址 间接寻址是相对于直接寻址而言的，在间接寻址的情况下，指令地址字段中的形式地址D不是操作数的真正地址，而是操作数地址的指示器，或者说D单元的内容才是操作数的有效地址。 ;指令和数据的寻址方式;相对寻址 是把程序计数器PC的内容加上指令格式中的形式地址D而形成操作数有效地址。程序计数器的内容就是当前指令的地址。因此，所谓“相对”寻址，就是相对于当前指令地址而言。采用相对寻址方式的好处是程序员勿需用指令的绝对地址编程，因而所编程序可以放在内存任何地方。;指令和数据的寻址方式;变址和基值寻址方式 变址寻址方式与基值寻址方式有点类似，它是把某个变址寄存器或基值寄存器的内容，加上指令格式中的形式地址而形成操作数的有效地址。 ;指令和数据的寻址方式;段寻址 以8086的段寻址为例。这种寻址方式的实质是基值寻址。;数据传送类指令 算术运算类指令 逻辑运算类指令 程序控制类指令 输入输出类指令 字符串处理指令 特权指令 其他指令;CISC：复杂指令系统 RISC：精简指令系统;CISC的问题 庞大的指令集 纷繁复杂的寻址模式 硬件实现复杂（硬件资源的利用率低） 体系结构设计的一个重要原则 Make the common case fast;CISC和RISC——指令执行的特点;CISC和RISC——指令执行的特点;CISC和RISC——指令执行的特点;为什么要大量采用寄存器 公共子表达式消去法可以有效地降低一个表达式的计算量。同时，将公共子表达式的计算结果保存在一个寄存器中有助于降低表达式计算的访存开销。;基于编译器的优化;基于编译器的优化;CISC的理由 减小代码空间 精简指令集结构的特征 每周期一条指令 寄存器-寄存器操作（Load/Store类型结构） 简单的寻址方式 简单的指令格式;CSIC vs. RISC;RISC流水线技术;RISC指令集结构：DLX 具有一个简单的Load/Store指令集； 注重指令流水效率； 简化指令的译码； 高效支持编译器。 最适合计算机体系结构教学用的指令集结构;RISC流水线技术;RISC流水线技术;寄存器寻址； 立即值寻址； 偏移寻址； 寄存器间接寻址。存储器地址宽度为32位。;RISC流水线技术;RISC流水线技术;RISC流水线技术;Load和Store操作；