计算机组成原理课件第4章指令系统幻灯片.pptVIP

专 用 寄 存 器 组 堆栈空间 某通用寄存器 12 12 入栈过程 45 45 12 67 45 12 67 专 用 寄 存 器 组 堆栈空间 某通用寄存器 12 12 45 45 12 67 45 12 67 出栈过程 串联堆栈存在一些限制: 1. 是寄存器的数目一般是有限的。如堆栈有6个寄存器，那么把多于6个的数据压入堆栈时,“老”的数据就从栈底压出并被丢失。 2. 是堆栈的读出是破坏性的。当从堆栈取出一个数时，它就不能再在堆栈中存在。 存储器堆栈 在计算机中利用一部分主存储器来作为堆栈空间，称为存储器堆栈。在存储器类型的堆栈中需要一个堆栈指示器SP，它是CPU中一个专用的寄存器。堆栈指示器SP指定的存储器单元就是堆栈的栈顶。 栈底 栈顶 0000H FFFFH 41 …… 堆栈指针SP 2000H 栈顶 23 1FFFH 57 1FFEH 1FFDH 栈顶 在内存中开辟一段存储单元作为堆栈。设有通用寄存器A、B、C分别有数据23、57、41。执行下面的入栈和出栈操作指令： PUSH A PUSH B PUSH C POP C 堆栈指针和堆栈变化如图 －存储器堆栈的特点： 1）存储器堆栈是一个由高地址向低地址延伸的空间。 2）存储器堆栈的栈顶由堆栈指针SP指示，如果用[A]表示通用寄存器A的内容，SP表示堆栈指示器，Msp表示堆栈指示的存储器栈顶单元,入栈操作和出栈操作可以表示为： 入栈：[A]→Msp ，[SP]－1→SP 出栈：[SP]＋1→SP，[Msp]→A －存储器堆栈的优点： 1）堆栈能够具有程序员要求的任意长度； 2）存储器堆栈的数目由程序员自己决定； 3）可以用对存储器寻址的任何一条指令来对堆栈中的数据进行寻址。 4.5? 典型指令 指令的分类 1.数据传送指令 2.算术运算指令 3.逻辑运算指令 4.程序控制指令 5.输入输出指令 6.字符串处理指令 7.特权指令 8.其他指令 第4章 指令系统 本章内容： 指令系统的发展与性能要求 指令格式 指令和数据的寻址方式 堆栈寻址方式 典型指令 4.1? 指令系统的发展和性能要求 什么是指令系统 一台计算机分为两个部分，控制部件和执行部件，控制器就是控制部件，而运算器，存储器，外围设备对控制器来说就是执行部件。 控制器通过控制总线向执行部件发送的各种控制命令称为微命令，执行部件接受命令后所进行的操作称为微操作。 －微指令：一组实现一定操作功能的微命令的组合，属于硬件 －机器指令（指令）：一组可以完成一个独立的算术运算或逻辑运算的微指令的组合，与硬件紧密关联。 －宏指令：由若干条机器指令组成的软件指令，属于软件； －指令系统：一台计算机中所有机器指令的集合，它是表征一台计算机性能的重要因素。 计算机指令系统的发展过程 50年代：指令系统只有定点加减、逻辑运算、数据传送、转移等十几至几十条指令。 60年代后期：增加了乘除运算、浮点运算、十进制运算、字符串处理等指令，指令数目多达一二百条，寻址方式也趋多样化。60年代后期开始出现系列计算机(指基本指令系统相同、基本体系结构相同的一系列计算机)一个系列往往有多种型号，它们在结构和性能上有所差异。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,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。 70年代末期:大多数计算机的指令系统多达几百条。我们称这些计算机为复杂指令系统计算机(CISC)。但是如此庞大的指令系统难以保证正确性，不易调试维护，造成硬件资源浪费。为此人们又提出了便于VLSI技术实现的精简指令系统计算机（RISC）。 指令系统性能的要求 指令系统的性能决定了计算机的基本功能，它的设计直接关系到计算机的硬件结构和用户的需要。 一个完善的指令系统应满足如下四方面的要求： －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。 －有效性　利用该指令系统所编写的程序能够在计算机上高效率运行，主要表现在程序占据存储空间小、执行速度快。 －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。 －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，低档机上运行的软件可以在高档机上运行，即做到“向下兼容” 。 4.2? 指令格式 结果y存放在13单元 y 数据x存放在12单元 x 数据c存放在11单元 c 数据b存放在10单元 b 数据a存放在9单元