计算机组成原理 第3章 指令系统(终).ppt

中国计算机学会“21世纪大学本科计算机专业系列教材”计算机组成原理 第3章指令系统 本章学习内容 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 3.1.1 机器指令的基本格式 一条指令就是机器语言的一个语句，它是一组有意义的二进制代码。 1.四地址指令 (A1)OP(A2)→A3 A4＝下条将要执行指令的地址 Ai表示地址， (Ai)表示存放于该地址中的内容。 每个地址16位，整个地址码字段就要长64位，不切合实际。 1.四地址指令 2.三地址指令 (A1)OP(A2)→A3 (PC)+1→PC（隐含） 设每条指令只占一个主存单元 执行一条三地址的双操作数运算指令，至少需要访问4次主存。 第一次取指令本身， 第二次取被操作数， 第三次取操作数， 第四次保存运算结果。 3.二地址指令 (A1)OP(A2)→A1 (PC)+1→PC（隐含） 其中：A1为目的操作数地址，A2为源操作数地址。 二地址指令执行之后，目的操作数地址中原存的内容已被破坏了。 问：访问几次主存？ 4.一地址指令 (Acc)OP(A1)→Acc (PC)+1→PC（隐含） 执行一条一地址的双操作数运算指令，只需要访问两次主存。 第一次取指令本身，第二次取操作数。 被操作数和运算结果都放在累加寄存器中，所以读取和存入都不需要访问主存。 5.零地址指令 零地址的算逻类指令是用在堆栈计算机中的，堆栈计算机没有一般计算机中必备的通用寄存器，因此堆栈就成为提供操作数和保存运算结果的唯一场所。通常，参加算逻运算的两个操作数隐含地从堆栈顶部弹出，送到运算器中进行运算，运算的结果再隐含地压入堆栈。 不同地址数指令的特点和适用场合 对于同一个问题，用三地址指令编写的程序最短，但指令长度最长，而用二、一、零地址指令来编写程序，程序的长度一个比一个长，但指令的长度一个比一个短。 3.2 寻址技术 所谓寻址，指的是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。 直接寻址过程 2.堆栈操作指令 堆栈指令实际上是一种特殊的数据传送指令，分为进栈（PUSH）和出栈（POP）两种，在程序中它们往往是成对出现的。 如果堆栈是主存的一个特定区域，那么对堆栈的操作也就是对存储器的操作。 3.数据交换指令 前述的传送都是单方向的。然而，数据传送也可以是双方向的，即将源操作数与目的操作数（一个字节或一个字）相互交换位置。 指令中给出的不是通常意义上的操作数地址，而是操作数本身，也就是说数据就包含在指令中，只要取出指令，也就取出了可以立即使用的操作数。 立即寻址 OP 立即数 寄存器寻址指令的地址码部分给出某一个通用寄存器的编号，这个指定的寄存器中存放着操作数。操作数S与寄存器Ri的关系为： S=(Ri) 寄存器寻址具有两个明显的优点： ①从寄存器中存取数据比从主存中快得多； ②由于寄存器的数量较少，其地址码字段比主存单元地址字段短得多。 寄存器寻址 OP Ri 操作数 Ri 指令中地址码字段给出的地址A就是操作数的有效地址，即形式地址等于有效地址：EA=A。由于这样给出的操作数地址是不能修改的，与程序本身所在的位置无关，所以又叫做绝对寻址方式。 操作数S=(A) 这种寻址方式不需作任何寻址运算，简单直观，也便于硬件实现，但地址空间受到指令中地址码字段位数的限制。 直接寻址 OP 直接地址 主存储器 操作数 间接寻址意味着指令中给出的地址A不是操作数的地址；而是存放操作数地址的主存单元的地址，简称操作数地址的地址。通常在指令格式中划出一位作为直接或间接寻址的标志位，间接寻址时标志位＠=1。 在一级间接寻址中， 有效地址 EA=(A) 操作数 S=((A)) 间接寻址 间接寻址过程 一级间接寻址：