安徽师范大学数计学院《计算机组成原理》教学课件：第五章 指令系统.pptVIP

第五章 指令系统 5.1 指令系统的发展 5.2 指令格式 5.3 数据表示 5.4 寻址方式（编址方式） 5.5 指令类型 5.6 指令系统的兼容性 5.7 RISC和CISC 5.8 指令系统举例 本章重难点 　　寻址方法的应用、指令操作码的扩展编码技术以及RISC的概念和特征。 三. 指令长度与字长的关系 　字长：指计算机能直接处理的二进制数据的位数，它是计算机的一个重要技术指标。 　　 作用:字长决定了计算机的运算精度，字长越长，计算机的运算精度越高。 5.3 数据表示 　　一个数据的位数＞1字节或1个字的宽度，这个数据就需要存储在相邻的多个字节的位置上。按照高位数据和低位数据在存储器中的存储次序，可分为大数端（big endian）和小数端（little endian）两种存储方式。 　将最低字节存储在最小地址位置的存储方式称为小数端方式。 　将最低字节存储在最大地址位置的存储方式称为大数端方式。 　许多新型计算机系统结构都同时支持大数端和小数端数据存储方式。 例：十进制数1000000，用十六进制数据表示为：F4240H，　　在32位数据类型中存储为00 0F 42 40H。 （1）小数端存放 　　 3.数据对齐方式 例： 作业（P160） 5.1　5.7　5.9 5.11 九条指令的机器代码如下： RR R0，1 ADD R1,10H SUB R1,R0 SUB R1,10H MOV R0,R1 MOV R0,10H IN R0，01H OUT 02H，R0 汇编指令 源寻址 目标寻址 操 作 码 ADD R0,R1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 1 * 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 * 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 * 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 * 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 * 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 * 1 0 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 * 本章教学内容 5.1 指令系统的发展 指令 使计算机完成基本运算所需信号的组合，包括数据信息、地址信息和控制信息。 指令是用户使用计算机和计算机本身运行的最小功能单位。 指令系统 一台计算机使用和支持的全部指令构成该机的指令系统。 从计算机本身的组成来看，指令系统直接与计算机系统的性能和硬件结构的复杂程度密切相关，它是设计一台计算机的起点和基本依据。 1. 20世纪50年代和60年代早期 　指令系统一般只有定点加减、逻辑运算、数据传送和转移等十几至几十条最基本的指令，而且寻址方式简单。 2. 60年代中、后期 　　除了具有以上最基本的指令以外，还设置了乘除法运算指令、浮点运算指令、十进制运算指令以及字符串处理指令等，指令数多达一、二百条，寻址方式也趋于多样化。 3. 60年代出现了系列(series)计算机 　原因:为了继承已有的软件，减少软件的开发费用. 系列计算机：是指基本指令系统相同，基本体系结构相同的一系列计算机。 　　如IBM370系列，VAX—11系列，IBMPC(XT／AT／286／386／486／Pentium)微机系列等。 　　优点:在旧机种上运行各种软件可以不加任何修改地在新机种上运行。（向下兼容） 　随着VLSI技术的发展，硬件结构越来越复杂，所支持的指令系统也趋于多用途、强功能化。 　 指令系统的改进是围绕着缩小指令与高级语言的语义差异以及有利于操作系统的优化而进行的。 CISC(复杂指令系统计算机)的问题: 　(1) 设计周期长，正确性难以保证且不易维护等； (2) 需要大量硬件支持的大多数较复杂的指令却利用率很低，造成硬件资源的极大浪费。 为了解决这个问题，在70年代末人们提出了便于VLSI实现的精简指令系统计算机，简称RISC(精简指令系统计算机)。 　CISC：Complex instruction set computer RISC: reduced instruction set computer 　 要评价一台计算机的指令系统，通常从以下四个方面考虑： 指令系统的完备性—常用指令齐全、编程方便。 指令系统的高效性—程序占用的内存空间少、运行速度快。 指令系统的规整性—指令和数据使用规则统一简单、易学