《计算机组成原理》教学课件 第五章.pptx

目录;;计算机指令中包含的信息有操作类型、操作数、操作数存储位置、操作结果的存储位置等。指令格式是指令在计算机中的二进制表示的结构形式。 一条指令通常由操作码字段（OP）和地址码字段（A）组成，其基本格式如图所示。;操作码字段（OP）指出该指令应执行什么性质的操作和具有何种功能。操作码是识别指令、了解指令功能、区分操作数地址内容的组成和使用方法等的关键信息。例如，指出是算术加运算，还是减运算；是程序转移，还是返回操作。;地址码字段（A）用于给出被操作信息（指令或数据）的地址，包括参加运算的一个或多个操作数所在的地址、运算结果的保存地址、程序的转移地址、被调用的子程序的入口地址等。;5.1.1 操作码;使用等长编码法时，在系统中所有指令的操作码长度是相同的，即所占用的二进制位数相同。;例5-1;利用哈夫曼压缩概念的思想，根据每类指令的使用频度，使用频度较高的指令的操作码用较短的二进制位来表示，使用频度较低的指令的操作码用较长的二进制位表示，使得平均二进制位数变短（与等长编码法相比）。;1.构造哈夫曼树;2.编码;例5-2;（1）构造哈夫曼树：;（2）编码：沿两个分支，分别用1或0表示路径。从根节点开始，沿线到达各频度指令的代码序列就是该指令的哈夫曼编码，如图所示。因此，各指令的操作码为I7（11111），I6（11110），I5（11101），I4（11100），I3（110），I2（10），I1（0）。可以看出哈夫曼编码使操作码不规整，7条指令，4种码长，不便于译码。;3.扩展编码法;15;扩展编码法便于增加新的指令，如果将常用指令用较短的操作码，不常用指令用较长的操作码，则可以缩短指令操作码的平均长度。但变长操作码使得指令译码变得复杂。;5.1.2 地址码;1.零地址指令格式;2.一地址指令格式;;3.二地址指令格式;在二地址指令格式中，从操作数的物理位置来说，又可归结为3种类型：;;4.三地址指令格式;5.多地址指令格式;地址码;例5-3;解;;例5-4;解;由以上分析的指令格式，及题目可知： 二地址指令最多有28条，现已知二地址指令有K条，因此，可用于扩展一地址指令的编码有28?K个。 而一地址指令的可扩展位为12位，因此，一地址指令最多有(28?K)×212条；同理，又已知一地址指令为L条，因此，可用于扩展零地址指令的编码有[(28?K)×212?L]个。 零地址指令的可扩展位为12位，因此，零地址指令最多有[(28?K)×212?L]×212条。;5.1.3 指令字长度;单字长指令只需要一次访存就可以从存储器中读取，双字长指令和多字长指令就要多次访存才能完成指令的读取。为了减少读取指令的访存时间，指令不应该太长。为了使得指令格式简单高效，操作码的设计应当与地址码的设计相配合，以形成合理的指令编码，从而便于指令的读取、指令的译码及指令的执行。复杂的指令格式会使得控制单元也变得复杂。;5.1.4 指令助记符;例5-5;5.1.5 指令格式举例;指令本身由操作码字段、Mod-R/M字段、SIB字段、位移量字段、立即数字段组成。除操作码字段外，其他四个字段都是可选字段（不选时取0字节）。;例5-6;解;例5-7;解;;操作数的寻址方式种类较多。通常，指令字的地址码字段并不代表操作数的真实地址，将其称为形式地址，记为A。而对形式地址进行一定的计算所得到的操作数真实地址称为有效地址，记为EA。典型而常用的寻址方式有隐含寻址、立即寻址、直接寻址、存储器间接寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址、偏移寻址、段寻址、堆栈寻址等。;5.2.1 各种寻址方式下的地址计算方法;;;执行阶段访问一次存储 器。;;可扩大寻址范围。;;执行阶段不访存，只访问寄存器，执行速度快。;;执行阶段访存。;;常用的偏移寻址有相对寻址、变址寻址和基址寻址。;;;;例5-8;解;5.2.2 寻址方式举例;实地址模式和保护模式的段基地址获取方式都已是固定的方式。因此这里介绍的寻址方式主要是指有效地址的获取方式，用字母EA表示。下表列出了Pentium机的9种寻址方式。;序号;下面对32位寻址方式作几点说明。;以下的寻址方式引用的是存储器中位置，通过指定包含此位置的段和离段起点的位移来说明存储器位置。;;例5-9;通过I，X，D的组合，请写出6种寻址方式的名称，如表所示。;解;5.2.3 数据存储的字节顺序;例5-10;;在计算机中提供了一系列的指令，不同计算机的指令集之间的差别主要在于指令的格式、寻址方式及汇编指令的助记方式。因此，可以从各种计算机的指令中得到一些常见的指令类型，这些指令类型出现在大多数的计算机中。;5.3.1 指令的分类;;;;;;;;5.3.2 计算机指令结构分类;;CISC的主要特点有：;;如此庞大的指令系统，对指令的设计提出