CPU指令系统和控制器部件解读.ppt

一个完善的指令系统应满足如下四方面的要求： ? 完备性 有效性 规整性 兼容性 三、指令系统的设计要求 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。 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。 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。 1.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； 2.匀齐性是指一种操作性质的指令可以支持各种数据类型；3.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。 兼容性 要能做到“向上兼容”，即低档机上运行的软件可以在高档机上运行。 要能做到“向后兼容”，即先生产机器上运行的软件可以在后生产的机器上运行。 输入设备 输出设备 入出接口和总线 外存设备 主存储器 高速缓存 控 制 器 运 算 器 ADD SUB AND OR MVRR SHR RCL OUT STORE PUSH JUMP JRC CALL RET LOAD POP IN 指令的功能分类 算术与逻辑运算指令 加、减、乘、除、变符号 等算术运算 与、或、非、异或 等逻辑运算 移位操作指令 算术移位（一般只右移）、逻辑移位、循环移位 数据传送指令 通用寄存器之间传送 通用寄存器与主存储器存储单元之间传送 主存储器不同存储单元之间传送 输入输出指令 通用寄存器与输入输出设备（接口）之间传送 转移指令 无条件转移指令和条件转移指令 子程序调用与返回指令 调用指令与返回指令二者要配合使用，子程序的最后一条指令一定是返回指令，执行结束后返回主程序断点 堆栈操作指令 堆栈是由若干个连续存储单元组成的先进后出的存储区，有压入（即进栈）和弹出（即退栈）操作 其他指令 置条件码指令、开中断指令、关中断指令 停机指令、空操作指令、特权指令 四、指令系统的发展 　　当前的计算机指令系统，从其构成的复杂和完备程度，或者说设计中追求的不同的目标，区分为： 复杂指令系统 CISC 精简指令系统 RISC Pentium指令格式 字节:1或2 0或1 0或1 0,1 ,2或4 0,1,2或4 OP MOD/RM SIB Disp Imm Mod Reg/Op R/M SS Index Base 7 6 5 4 3 2 1 0 7 6 5 4 3 2 1 0 指令格式复杂； 寻址方式多样； 通用寄存器较少； 编译系统复杂； 大多数采用微程序设计。 指令流水实现复杂； CISC —复杂指令集计算机 （Complex Instruction Set Computer） MIPS指令格式 指令格式简单； 寻址方式较少； 通用寄存器较多； 编译系统简单高效； 采用组合逻辑控制器。 容易实现流水操作； RISC—精简指令集计算机 （Reduced Instruction Set Computer） INTEL 指令系统的发展 在Pentium Pro CPU推出后，INTEL将X86指令系统和寄存器组称为INTEL结构（IA）也称IA指令系统。 许多X86指令本质上非常复杂，需要额外的译码和执行电路。例如一条X86指令可能需要一次或多次的内存读写，指令的长度可能是1～13个字节。 从Pentium Pro CPU开始，INTEL将长度不定的X86指令解码成为长度固定的RISC指令，或称为微操作指令。 * 运算器、控制器、存储器通常是使用电子线路实现出来的，安装在一个金属机柜内或者印制电路板上，被称为计算机的主机。运算部件和控制部件，合称为中央处理器（CPU，center processing unit），又称其为计算机的处理机（processor）。输入设备和输出设备通常是使用精密机械装置和电子线路共同制作出来的，也可以合称为输入输出设备，又称其为计算机的外围设备。 运算器是计算机五大功能部件之一，在控制器的指挥控制下，完成指定给它的运算处理功能。 指令字的长度与机器字长没有固定的关系。 b. 变长指令定长操作码 例：IBM360/370 指令的操作码是８位的， 指令字为16位、32位、48位。 TH-union 指令的操作码是8位的