计算机原理精品教学（华南理工大学）3-2 指令系统.pptVIP

* 本章将讨论一般计算机的指令系统所涉及的基本问题。 * 若以字节为最小寻址单位，地址码的位数就需要长些;若以字为最小寻址单位（假定字长≥16b），地址码的位数可以减少。 * 为了达到顺序寻址的目的， * 16位机中，若指令中地址长度=10位，则直接寻址的空间=1K；若采用存储器间接寻址，则每按10位地址取出内存的一地址值后，由于此地址为16位，则可将寻址空间增加为64K。 当操作数的地址需要改变时，不必修改指令，只需修改存放有效地址的那个主存单元（间接地址单元）的内容就可以了。 * 变址寄存器的内容在每次传送之后自动地修改。 * 在微机中，这两种寻址方式区别不大，均可用于扩大寻址空间。 在某些大型机中，基址寄存器只能由特权指令来管理，用户指令无权操作和修改。 复习思考题6 指令格式中的操作码字段用来表征指令的操作特性与功能。 指令格式的地址码字段，通常用来指令参与操作的操作数或其地址。 一条指令中的操作数地址，可以有0,1,2,3,4个。 若指令系统中操作码占用8位二进制码时，则这台计算机最多允许256条指令。 第3章 指令系统 3.1 指令格式 3.2 寻址技术 3.3 堆栈与堆栈操作 3.4 指令类型 3.5 指令系统的发展 操作码扩展技术 … 15条三地址指令 0000 XXXX YYYY ZZZZ 1110 XXXX YYYY ZZZZ 1111 … 15条二地址指令 1111 0000 XXXX YYYY 1111 1110 XXXX YYYY 1111 1111 … 15条一地址指令 1111 1111 0000 XXXX 1111 1111 1110 XXXX 1111 1111 1111 … 16条零地址指令 1111 1111 1111 0000 1111 1111 1111 1111 扩展窗口 扩展窗口 扩展窗口 OP A1 A2 A3 操作码扩展技术 特点： 在指令长度不变的情况下，增加了指令数量，丰富了指令功能。 若频度高的指令分配短的操作码，频度低的指令分配较长的操作码。则既可有效地缩短操作码的平均长度，节省空间，又可缩短译码以提高速度。 注意： 不允许短码是长码的前缀，各条指令的操作码一定不能重复 缺点 译码系统比固定操作码复杂，需要更多的硬件支持。 操作码扩展技术 某计算机为定长指令字结构,有二、一、零地址指令3类 若已知二地址指令已有K种，零地址指令有L种 问： 一地址指令最多可能有多少种？ 上述3类指令各自允许的最大指令条数是多少？ OP A1 A2 4位 6位 6位 OP A OP MAX二地址指令=24-1 MAX一地址指令=(24-1)×26-1 MAX零地址指令=216-212-26 一地址指令最多可能有 3.2 寻址技术 寻址—— 寻找操作数的地址或下一条将要执行的指令地址。 寻址技术包括编址方式和寻址方式。 编址方式 需要编址的设备 CPU中的通用寄存器 主存储器 输入输出设备 编址单位 字编址： 编址单位=访问单位 字节编址： 编址单位＜访问单位 位编址 操作码 地址码 早期的大多数机器都采用这种编址方式。 通常主存的访问单位是编址单位的若干倍 指令中地址码的位数 指令格式中每个地址码的位数是与主存容量和最小寻址单位（即编址单位）有关联的。 主存容量越大，所需的地址码位数就越长。 设某机主存容量为220 B=1MB，机器字长32b。 若最小寻址单位为字节（按字节编址）， 其地址码应为20b 若最小寻址单位为字（按字编址）， 其地址码只需18b。 寻址技术 数据寻址和指令寻址 数据寻址——寻找操作数地址的方法 最终目的：寻找所需要的操作数。 可以有较多的寻址方式，有的较复杂 指令寻址——寻找下一条将要执行的指令地址 指令寻址比较简单，它又可以细分为 顺序寻址 跳跃寻址——直接寻址、间接寻址和相对寻址 操作码 地址码 CPU中必须有一个程序计数器（PC）对指令的顺序号进行计数。 PC开始时存放程序的首地址，然后每执行一条指令，PC+1，以指出下条指令的地址，直到程序结束。 指令寻址方式——顺序寻址 +1 指令寻址方式——跳跃寻址 当程序中出现分支或循环时，对指令寻址就要采取跳跃寻址方式。 即下条指令的地址不是通过程序计数器PC+1获得的，而是由指令本身给出。 6 3.2.3 基本的数据寻址方式 操作数寻址方式 是根据指令中给出的形式地址A寻找真实操作数有效地址EA的方式 立即寻址 寄存器寻址 3． 直接寻址 4． 间接寻址 5． 寄存器寻址 6． 变址寻址 7． 基址寻址 8． 相对寻址 9. 页面寻址 操作数寻址方式设计的要求 指令中的地址尽可能短 寻址空间尽可能大 能在不改变指令的情况下改变地