计算机组成原理(第三版)第 4 章 指令系统.pptVIP

4.3 指令类型 5．堆栈操作指令：PUSH或POP； 6．输入输出指令：IN或OUT；它完成从外设端口读入一个数据到CPU的寄存器内，或将数据从CPU的寄存器输出到某外设的端口中。 7．处理器控制指令：包括等待指令WAIT、停机指令HALT、空操作指令NOP、开中断指令DI等。 8.特权指令:特权指令只能给操作系统或其他系统软件，而不能提供给用户使用，以防止破坏系统信息 例 ESC。 本章小结 机器指令由操作码字段和地址码字段组成。扩展操作码技术实现指令优化，但也增加了硬件设计难度。 指令的寻址方式包括指令寻址和数据寻址，指令寻址主要是顺序和跳跃两种方式；数据寻址有许多种寻址方式，其目的是获得本条指令执行所需要的操作数。 根据指令的功能，可将指令分类为数据传送、算术逻辑运算类、移位操作类、转移类、堆栈操作类、输入输出类等指令。 指令系统的设计应满足完备性、有效性、规整性、兼容性四个方面的要求。CISC指令系统庞大的指令集及其存在问题，RISC指令以它简洁、高效等特点而得到快速地发展。 INFO DEPT@ZUFE HANGZHOU.CHINA * 第 4 章 指令系统 指令与指令系统的概述 一、基本定义： 指令的定义：规定计算机的操作和操作对象，并能被计算机所识别并执行的二进制指令；即做何操作，对何对象进行操作。 指令系统的定义：计算机所能识别并执行的所有指令的的集合。 是计算机系统性能的集中体现； 是软、硬件结合的界面； 程序的定义：解决某一问题而编制的指令序列，指令越完善，编程越容易。 指令与指令系统的概述 二、指令系统的发展： 简单指令系统SISC→复杂指令系统CISC→精简指令系统RISC； CISC考虑系统的兼容性，指令系统不断扩充，效率降低； RISC则另起炉灶。 三、指令系统的性能： 1、完备性：指令系统提供的指令足够使用，而不必用软件来实现。 2、有效性：是指利用该指令系统所编写的程序能够高效地运行。程序占据存储空间小、执行速度快。 3、规整性： 对称性：所有的指令都可使用各种寻址方式； 匀齐性：指令可以支持各种数据类型； 一致性：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：“向上兼容”，即低档机上运行的软件可以在高档机上运行。 第四章 指令系统 指令格式 4.1 本章小结 寻址方式 4.2 指令类型 4.3 4.1 指令格式 一、指令的操作码与地址码 指令格式 二、指令的编码 一、指令操作码与地址码 指令是由操作码和地址码两部分组成的: 操作码字段（OP） 地址码字段（D） ?1.指令中所需的关键信息： OP码：做何操作？寻址方式如何？所用寄存器的编号？ OP = ADDRESS：源操作数1或地址A1;源操作数2或地址A2;目的操作数地址A3;下一条指令的地址A4; D = 2. 指令格式的简化： 采用PC或IP简化A4； 采用ACC累加器存取源操作数1和目的操作数，简化A1和A3； 使指令格式简化为 = 其中D称为形式地址。 OP* MOD REG A1 A2 A3 A4 OP A2 OP D 一、指令操作码与地址码 3.常用指令格式： 零地址指令格式： 操作数地址在SP中或操作数在ACC中或在其它寄存器中； 单地址指令格式： ACC OP［A1］→ ACC； 双地址指令格式： ［A1］OP［A2］→［A1］； 三地址指令格式： ［A1］OP［A2］→［A3］； 其中零、单地址指令用于微型机，双、三地址指令用于大、中型机。 OP A1 OP A2 A1 OP A2 A1 OP A3 一、指令操作码与地址码 4.指令的字长： 定长指令：字长固定，控制方式简单，取指仅需读一次内存；缺点是信息量太少，寻址空间小； 变长指令：与定长反之，字长可变，控制复杂，取指需要多次访问内存；优点是信息量大，寻址空间大。 5. 指令的助记符： 采用符号来表示指令的不同对象和操作，称之为汇编语言，执行需翻译. 例最简指令系统：001～000 OP码分别用助记符ADD、SUB、MOV、JMP、IN、OUT、STA、LDA等表示。 二、指令的编码： 编码要求：操作码越短越好，所含信息量越多越好； 优化编码思路：将指令按其使用频度分类，使使用频繁的指令 尽可能地占用较短字长的操作码，使其余下的字位可表达的寻址 方式和寄存器数目增多； 优化编码方法（霍夫曼编码方法）： 建立使用频度表：从大到小排序； 作霍夫曼树：合并最小概率的信息单元，求出合并频率，重复操作直至合并概率为1； 沿树枝各分支进行编码（上1