计算机组成原理--3.pptVIP

计算机组成原理 第3章　指令系统 第3章　指令系统 总体要求 掌握指令格式、指令地址的简化方法、操作码的扩展方法 理解指令字长的设计方法 掌握指令和操作数的寻址方式 理解指令系统的设计原则 了解指令的功能、类型及两个典型的指令系统 学习重点： 指令字长的设计、指令地址的简化、操作码的扩展 指令和操作数的寻址方式 第3章　指令系统 主要内容： 3.1 指令格式 3.2 指令和数据的寻址方式 3.3 指令系统的设计 3.4 典型指令系统 3.1 指令格式 3.1.1 机器指令格式 3.1.2 指令字长 3.1.3 指令的地址码 3.1.4 指令的操作码 3.1.1 机器指令格式 指令——要计算机执行某种操作的命令，由操作码和地址码两个部分构成。 指令的基本格式如下图： 操作码说明操作的性质及功能 地址码描述指令的操作对象，由地址码可以给出操作数或操作数的地址，及操作结果的存放地址 3.1.1 机器指令格式 1. 操作码 每一条指令都有一个操作码，用来表示该指令应进行什么性质的操作 操作码的位数越多，所能够表示的操作种类就越多 2. 操作数或操作数地址 操作数——参与运算的数据 源操作数——内容不随指令执行而变化的操作数 目的操作数——内容随执行指令而改变的操作数 操作数地址——存放操作数的地址 3.1.1 机器指令格式 3. 结果存放地址——存放运算结果的地址 4. 后续指令地址 该地址即存放后续指令的主存储器单元的地址码 可设置程序计数器PC，每取出一条指令时，自动增值指向后续指令的地址 后续地址为隐含地址，由PC提供。 隐地址——以隐含方式约定，在指令中不出现的地址 显地址——令代码中明显给出的地址 3.1.2 指令字长 指令字长——一个指令字中所包含的二进制代码的位数 。 指令长度=操作码的长度+地址码的长度 1. 变字长指令 优点：各种指令字长度随指令功能而异，“需长则长，能短则短”，结构灵活，能充分利用指令长度 缺点：控制复杂 若采用短指令，可以节省存储空间、提高取指令的速度，但有很大的局限性；若采用长指令，可扩大寻址范围或带几个操作数，但占用地址多，取指令时间相对较长。若考虑将二者在同一机器中混合使用，则可以取其长处，给指令系统带来很大的灵活性。 3.1.2 指令字长 2. 定字长指令 定字长指令结构中的各种指令字长度均相同，且指令字长度是不变。 采用定字长格式的指令执行速度快，结构简单，便于控制。 3.1.3 指令的地址码 几种地址： 两个操作数的地址 存放结果的地址 后续指令地址 几个符号： Ai——地址，可能是寄存器号，也可能是主存储器单元的地址码 (Ai)表示Ai中的内容 (PC)表示PC中的内容。 3.1.3 指令的地址码 1. 三地址指令格式 指令功能：(A1) OP (A2)→A3 (PC) + n→PC 【例】 “加”操作(X) + (Y)→Z，使用三地址指令时，可使用下面指令： ADD X，Y，Z； 3.1.3 指令的地址码 2. 二地址指令格式 指令功能：(A1) OP (A2)→A1 (PC) + n→PC 【例】 “加”操作(X) + (Y)→Z，使用二地址指令时，可使用下面指令： ADD X，Y； MOV Z，X； 3.1.3 指令的地址码 3. 一地址指令格式 (1) 只有目的操作数的单操作数指令 指令功能：OP (A)→A (PC) + n→PC (2) 隐含约定目的地址的双操作数指令 指令功能：(A) OP (AC)→AC (PC) + n→PC 3.1.3 指令的地址码 4. 零地址指令格式 (1) 不需要操作数的指令 如停机指令和空操作指令。执行空操作指令的目的是消耗时间达到延时的目的，本身并没有实质性的运算操作，所以不需要操作数。 3.1.3 指令的地址码 (2) 单操作数指令 对于单操作数指令，采用零地址指令格式时，隐含约定操作数在累加器AC中。 指令功能：OP (AC)→AC (3)双操作数指令 对于双操作数指令，可将操作数事先存放在堆栈中，由堆栈指针SP隐含指出。 3.1.4 指令的操作码 1. 定长操作码，变长指令码 操作码的长度及位置固定，集中放在指令字的第一个字段中，指令的其余字段均为地址码 该格式常用于指令字较长，或是采用可变长指令格式的情况 2.变长操作码、定长指令码 操作码长度不定，但指令字长固定 为了有效利用指令中的每一位二进制位，可采用扩展操作码的方法 ，即对于地址数少的指令可以允许操作码长些，对于地址数多的指令可以允许操作码短些 3.1.4 指令的