第19讲——第7章 指令系统(7.1-7.2).docVIP

计算机组成原理 课程教案（第19次课） 章 节 名 称 第7章 指令系统 （.1~7.2） 授 课 方 式 理论课 教学环境及教具准备 教 学 目 的 让学生对指令系统有个初步的认识与了解，掌握常用指令格式，理解指令系统与机器的主要功能以及与硬件结构之间存在的密切关系 教 学 重 点 指令的一般格式数据在存储器中的存放方式 教 学 难 点 数据在存储器中存放 教 学 基 本 内 容 是否重、难点 方法及手段 7.1机器指令 7.1.1指令的一般格式 7.1.2指令字长 7.2操作数类型和操作类型 7.2.1操作数类型 7.2.2数据在存储器中的存放方式 7.2.3操作类型 教 学 过 程 与 设 计 复习旧课：数据存放在存储器中，系统怎么样将存储器中的数据取到运算器中进行定点或浮点运算？运算结果又怎样保存呢？ 引入新课：构成程序的指令本质上是怎样的软件成份？它们如何与硬件配合？ 7.1机器指令 7.1.1指令的一般格式 表示一条指令的机器字，就称为指令宇，通常简称指令。指令格式是指令字用二进制代码表示的结构形式。一条指令的结构可用如下形式来表示： 操作码字段 地址码字段 （1）操作码 指令的操作码表示该指令应进行什么性质的操作。 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。 长度固定: 用于指令字长较长的情况 长度可变: 操作码分散在指令字的不同字段中 扩展操作码技术 举例说明一种扩展操作码的安排如P301页图7.2所示。 例7.1剖析：假设指令字长为16位，操作数的地址码为6位，指令有零地址、一地址、二地址三种格式。（1）设操作码固定，若零地址指令有P种，一地址指令有Q种，则二地址指令最多有几种？（2）采用扩展操作码技术，若二地址指令有X种，零地址指令有Y种，则一地址指令最多有几种？ （2）地址码 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。目前二地址和一地址指令格式用得最多。 1）四地址指令字中有三个操作数地址A1，A2和A3，还有一个下一条指令地址A4 2）三地址指令字中有三个操作数地址A1，A2和A3。 (A1) OP (A2) → A3 3）二地址指令常称双操作数指令，它有两个地址码字段A1和A2，分别指明参与操作的两个数在内存中或运算器通用寄存器的地址，其中地址A1兼做存放操作结果的地址。 (A1) OP (A2) → A1 4）一地址指令常称单操作数指令。 (AC) OP (A) → AC 5）零地址指令的指令子中只有操作码，而没有地址码。 问题1：从操作数的物理位置来说，指令又可归结为几种类型？ 7.1.2指令字长 指令字长取决于操作数的长度、操作数地址的长度和操作数地址的个数。不同机器的指令字长是不相同的。 （1）指令字长固定 指令字长=存储字长 （2）指令字长可变 按字节的倍数变化 7.2操作数类型和操作类型 7.2.1操作数类型 机器中常见的操作数类型有地址、数字、字符、逻辑数据等。 （1）地址 地址实际上也可看做是一种数据，在许多情况下要计算操作数的地址。 （2）数字 计算机中常见的数字有定点数、浮点数和十进制数。 （3）字符 在应用计算机时，文本或者字符串也是一种常见的数据类型。 （4）逻辑数据 计算机除了作算术运算外，有时还需作逻辑运算，此时n个0和1的组合不是被看做算术数字，而是被看做逻辑数。 7.2.2数据在存储器中的存放方式 通常计算机中的数据存放在存储器或寄存器中，而寄存器的位数便可反映机器字长。 为了便于硬件实现，通常要求多字节的数据在存储器的存放方式能满足“边界对准”的要求，如P306页图7.3（a）所示。 在数据不对准边界的计算机中，数据可能在两个存储单元中，此时需要访问两次存储器，并对高低字节的位置进行调整，才能取得一个字。如P306页图7.3（b）的阴影部分即属于这种情况。 7.2.3操作类型 不同的机器，数据类型也是不相同的，但几乎所有的机器都有以下几类通用的操作： （1）数据传送 包括寄存器与寄存器、寄存器与存储单元、存储单元与存储单元之间的传送。 如MOVE、STORE、LOAD、PUSH、POP、置“1”、清“0”等。 （2）算术逻辑操作 实现算术运算（加、减、乘、除、增 1、减 1、求补、浮点运算、十进制运算）。 实现逻辑运算（与、或、非、异或、位操作、位测试、位清除、位求反）。 （3）移位操作 算术移位 逻辑移位 循环移位（带进位和不带进位） （4）转移 无条件转移 JMP 条件转移 调用和返回 陷阱（Trap）与陷阱指令 （5）输入输出 IN指令 OUT指令 （6）其他 等待指令 停机指令 空操作指令 开中断指令 关中断指令 置条件码指令 实 验 内 容 本章无安排实验 课 内 练 习