计算机组成原理第五章课件(石磊主编-清华大学出版社).pptVIP

信息工程学院·计算机组成原理 第五章 指令系统 计算机组成原理 任课教师：石磊 郑州大学信息工程学院计算机系 Email: shilei@zzu.edu.cn Tel:第一章 概述 第二章 计算机中的数据表示 第三章 运算方法和运算器 第四章 存储器及存储系统 第五章 指令系统 第六章 中央处理器 第七章 系统总线 第八章 输入输出系统 第九章 计算机外部设备 第十章 计算机系统结构 第5章 指令系统 教学目标 了解指令系统的发展与性能要求 掌握指令格式和寻址方式 教学重点 指令格式 扩展操作码 寻址方式　 教学过程 5.1 计算机的指令系统的发展与性能 5.2 指令的格式 5.3 寻址方式 5.4 指令的分类与高级语言 5.5 典型指令系统 5.1计算机的指令系统的发展与性能 指令系统决定了计算机的基本功能，指令系统的设计是计算机系统设计的一个核心问题。它不仅与计算机的硬件设计紧密相关，而且直接影响到系统软件设计的难易程度。 完善的计算机的指令系统应具备： 1、完备性：一台计算机中最基本的、必不可少的指令构成了指令系统的完备性。 2、有效性：指利用该指令系统所提供的指令编制的程序能够产生高效率。高效率主要表现在空间和时间方面，即占用存储空间小、执行速度快。 3、规整性：指令操作的对称性和匀齐性，指令格式与数据格式的一致性。 （1）对称性：在指令系统中，所有寄存器和存储单元都可同等对待，这对简化程序设计，提高程序的可读性非常有用。 （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）指令的格式与数据格式的一致性：指令长度与数据长度有一定关系，以方便存取和处理。 4、兼容性：兼容性一般是指计算机的体系结构设计基本相同，机器之间具有相同的基本结构、数据表示和共同的基本指令集合。 5.2指令的格式 计算机的指令格式与机器的字长、存储器的容量及指令的功能密切相关。 5.2.1指令操作码与地址码 （1/9） 两个字段：操作码字段+操作数地址字段： 1.操作码 操作码是指明指令操作性质的命令码。它提供指令的操作控制信息。 （1）每条指令都要求它的操作码必须是独一无二的位组合。 （2）指令系统中指令的个数N与操作码的位数n，必须满足关系式： N≤2n 2.操作数地址码 （1）地址码：用来描述该指令的操作对象。 （2）指令字长=操作码的位数+(操作数地址个数)*(操作数地址码位数) 5.2.1指令操作码与地址码 （2/9） 一、指令格式 1.零地址指令格式 这是一种没有操作数地址部分的指令格式。 这种指令有两种可能： （1）无需任何操作数。如空操作指令，停机指令等。 （2）所需的操作数是默认的：堆栈。 5.2.1指令操作码与地址码 （3/9） A、堆栈的概念 （a）是若干个存储单元(或寄存器)的有序集合，它顺序地存放一组元素。 （b）数据的存取都只能在栈顶单元内进行，即数据的进栈与出栈都只能经过栈顶单元这个“出入口”。 （c）堆栈中的数据采用“先进后出”或“后进先出”的存取工作方式。 B、?堆栈结构在计算机中的作用 （a）具有堆栈结构的机器使用零地址指令，这不仅合指令长度短，指令结构简单，机器硬件简化。 （b）实现程序调用，子程序嵌套调用和递归调用。 （c）对于“中断”技术，堆栈更是不可缺少的，保存“断点”和“现场”。 5.2.1指令操作码与地址码 （4/9） C、堆栈的操作 设数据进栈方向为从高地址向低地址发展，当向堆栈压入数据时，SP的内容先自动递减而指向一个新的空栈顶单元，再把数据写入此栈顶单元；当数据弹出堆栈时，立即读出SP所指向的栈顶单元内容，再把SP内容自动递增而指向新的栈顶位置。即 PUSH X；(SP)-1?SP (X)?(SP) POP X； ((SP))?X (SP)+1?SP 5.2.1指令操作码与地址码 （5/9） 2.一地址指令格式 （1）指令中给出的一个地址即是操作数的地址，又是操作结果的存储地址。如加1、减1、移位等单操作数指令。 （2）在某些计算机中，指令中提供的一个地址提供一个操作数，另一个操作数是由机内硬件寄存器“隐含”地自动提供的。所谓“隐含”是指此操作数在指令中不出现，而是按照事先约定由寄存器默认提供，运算结果仍送到寄存器中。因为这个寄存器在连续运算时，保存着多条指令连续操作的累计结果，故称为累加器(AC)。 5.2.1指令操作码与地址