第4章计算机组成原理指令系统.pptVIP

第四章　指令系统;4.1 指令系统的发展与性能要求;4.1.1　指令系统的发展 　　　　　　　　　 计算机的程序：是解决某一实际问题的指令序列； 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：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（指令）：介于微指令与宏指令之间，每条指令可完成一个独立的算术运算或逻辑运算。 ;;下面我们来看一下计算机指令系统的发展过程;系列计算机是指节本指令系统相同、基本体系结构相同的一系列计算机。其必要条件是同一系列的各机种有共同的指令集．而且新推出的机种指令系统一定包含所有旧机种的全部指令，即实现一个“向上兼容”。因此旧机种上运行的各种软件可以不加任何修改便可在新机种上运行，大大减少了软件开发费用。系列机解决了各机种的软件兼容问题 ;4.1 指令系统的发展与性能要求;　　一个完善的指令系统应满足如下四方面的要求： 1. 完备性　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。 2. 有效性　利用该指令系统所编写的程序能够高效率的运行。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； 　　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。 4. 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，做到所有软件都完全兼容是不可能的，只能做到“向上兼容”，即低档机上运行的软件可以在高档机上运行。 ;　计算机语言具有高级语言和低级语言之分。 　高级语言如C，FORTRAN等，其语句和用法与具体机器的指令系统无关。 　低级语言分机器语言（二进制语言）和汇编语言（符号语言），这两种语言都是面向机器的语言，和具体机器的指令系统密切相关。机器语言用指令代码编写程序，而符号语言用指令助记符来编写程序。 高级语言与低级语言的性能比较;高级语言与低级语言的性能比较;4.2? 指令格式;　　指令系统的每一条指令都有一个操作码，它表示该指令应进行什么性质的操作。 　　不同的指令用操作码字段的不同编码来表示，每一种编码代表一种指令。 　 　组成操作码字段的位数一般取决于计算机指令系统的规模。例如，一个指令系统只有8条指令，则有3位操作码就够；如果有32条指令，那么就需要5位操作码。 　　对于一个机器的指令系统，在指令字中操作码字段和地址码字段长度通常是固定的。 　　在单片机中，由于指令字较短，为了充分利用指令字长度，指令字的操作码字段和地址码字段是不固定的，即不同类型的指令有不同的划分，以便尽可能用较短的指令字长来表示越来越多的操作种类，并在越来越大的存储空间中寻址。 ;;　　地址码字段通常指定参与操作的操作数的地址或操作数本身。 　　根据一条指令中有几个操作数地址，可将该指令称为几操作数指令或几地址指令。 　　一般的操作数有被操作数、操作数及操作结果这三种数，因而就形成了三地址指令格式。在此基础上，后来又发展成二地址格式、一地址格式和零地址格式;二、地址码;二、地址码;二、地址码;二、地址码;二、地址码;　　　　　指令字长度：一个指令字中包含二进制代码的位数。有等长和变长两种。 　　等长指令的处理结构简单，在对于操作码字段位数可变的情况下，利用地址码的个数不同，可将操作码向地址码部分延伸，从而增加指令条数。 　　机器字长：计算机能直接处理的二进制数据的位数，它决定了计算机的运算精度。;　　使用多字长指令，目的在于提供足够的地址位来解决访问内存任何单元的寻址问题。其主要缺点是必须两次或多次访问内存以取出一整条指令，降低了CPU的运算速度，又占用了更多的存储空间。 等长指令字结构:各种指令字长度是相等的。这种指令字结构简单，且指令字长度是不变的。 变长指令字结构:各种指令字长度随指令功能而异。结构灵活，能充分利用指令长度，但指令的控制较复杂。;　　由于硬件只能识别1和0，所以采用二进制操作码是必要的，但是我们用二进制来书写程序却非常麻烦。 　　为了便于书写和阅读程序，每条指令通常用3个或4个英文缩写字母来表示。这种缩写码叫做指令助记符。 　　　　　　　　表4.2　典型的指令助记符;