第5章 指令系统(计算机组成原理课件).pdf

Ch5: Instruction Set 指令系统 第1讲：指令系统的设计 第2讲：程序的机器级表示 第一讲 指令系统设计 主 要 内 容 一条指令必须指定的信息 指令中的地址码个数 指令系统设计的基本原则 指令类型 数据类型 – 寄存器组织 – 存储器组织 操作数的寻址方式 – 立即 / 寄存器 / 寄存器间接 / 直接 / 间接 / 堆栈 / 偏移 操作码的编码 – 定长编码法 – 变长扩展编码法 条件码和标志寄存器 指令设计风格 指令系统举例 ISA.2 Instruction Set Design 指令系统处在软/硬件交界面，能同时被硬件设计者和系统程序员看到 硬件设计者角度：指令系统为CPU提供功能需求（易于硬件设计） 系统程序员角度：通过指令系统来使用硬件，要求易于编写编译器） 指令系统设计的好坏还决定了：计算机的性能和成本 software instruction set hardware 回顾：冯.诺依曼结构机器对指令规定： 用二进制表示，和数据一起存放在主存中 由两部分组成：操作码和操作数（或其地址码） • Operation Code: defines the operation type • Operands: indicate operation source and destination ISA.3 Instruction Set Architecture Programmers View Program (Instructions ADD 01010 Data) SUBTRACT 01110 AND 10011 CPU OR 10001 Memory COMPARE 11010 . . . . I/O . . Computers View Princeton (Von Neumann) Architecture Harvard Architecture 数据和指令存放在同一个存储器中 数据和指令存放在不同存储器 -- 存储空间利用率高 -- 存储访问效率高 -- 统一的访问接口 -- 有利于流水线执行 ISA.4 一条指令须包含的信息 一条指令必须明显或隐含地包含以下信息： 操作码：指定操作类型 (操作码长度：固定／可变) 源操作数参照：一个或多个源操作数所在的地址 (操作数来源：主(虚)存/寄存器/I/O端口/指令本身） 结果值参照：产