《计算机组成原理(第四版)》第四章：指令系统.pdf

第四章 指令系统 4.1 指令系统的发展与性能要求 4.2 指令格式与 4.3 操作数类型 4.4 指令和数据的寻址方式 4.5 典型指令 返回 1 4.1 指令系统的发展与性能要求 1、指令在计算机系统中的地位 （1）是软件和硬件分界面的一个主要标志  硬件设计人员采用各种手段实现它；  软件设计人员则利用它编制各种各样的系统软件和 应用软件 （2 ）是硬件设计人员和软件设计人员之间的分 界面，也是他们之间沟通的桥梁。 2 4.1 指令系统的发展与性能要求 2、指令系统基本概念  指令：就是要计算机执行某种操作的命令。从计算机组成的层 次结构来说，计算机的指令有微指令、机器指令和宏指令之 分。微指令是微程序级的命令，它属于硬件；  宏指令：由若干条机器指令组成的软件指令，它属于软件；  机器指令：介于微指令与宏指令之间，通常简称为指令，每一 条指令可完成一个独立的算术运算或逻辑运算操作。　  本章所讨论的指令，是机器指令。  一台计算机中所有机器指令的集合，称为这台计算机的指令系 统。  指令系统是表征一台计算机性能的重要因素，它的格式与功能 不仅直接影响到机器的硬件结构，而且也直接影响到系统软 件，影响到机器的适用范围 3 4.1 指令系统的发展与性能要求 3、发展情况  复杂指令系统计算机，简称CISC。但是如 此庞大的指令系统不但使计算机的研制周期 变长，难以保证正确性，不易调试维护，而 且由于采用了大量使用频率很低的复杂指令 而造成硬件资源浪费。  精简指令系统计算机：简称RISC，人们又 提出了便于VLSI技术实现的精简指令系统计 算机。 4 4.1 指令系统的发展与性能要求 4 、为什么会出现CISC到RISC的转变  2/8规则  控制器设计难度下降 5 4.1 指令系统的发展与性能要求 5、对指令系统的要求  完备性：完备性是指用汇编语言编写各种程序时，指令系统直接提供的 指令足够使用，而不必用软件来实现。完备性要求指令系统丰富、功能 齐全、使用方便。一台计算机中最基本、必不可少的指令是不多的。许 多指令可用最基本的指令编程来实现。例如，乘除运算指令、浮点运算 指令可直接用硬件来实现，也可用基本指令编写的程序来实现。采用硬 件指令的目的是提高程序执行速度，便于用户编写程序。  有效性：有效性是指利用该指令系统所编写的程序能够高效率地运行。 高效率主要表现在程序占据存储空间小、执行速度快。一般来说，一个 功能更强、更完善的指令系统，必定有更好的有效性。　  规整性：规整性包括指令系统的对称性、匀齐性、指令格式和数据格式 的一致性。对称性是指：在指令系统中所有的寄存器和存储器单元都可 同等对待，所有的指令都可使用各种寻址方式；匀齐性是指：一种操作 性质的指令可以支持各种数据类型，如算术运算指令可支持字节、字、 双字整数的运算，十进制数运算和单、双精度浮点数运算等；指令格式 和数据格式的一致性是指：指令长度和数据长度有一定的关系，以方便 处理和存取。例如指令长度和数据长度通常是字节长度的整数倍。  兼容性：系列机各机种之间具有相同的基本结构和共同的基本指令集， 因而指令系统是兼容的，即各机种上基本软件可以通用。但由于不同机 种推出的时间不同，在结构和性能上有差异，做到所有