計(jì)算機(jī)組成原理課件（第三版）第五章 指令系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)組成原理 主編： 石磊 教授 鄭州大學(xué)信息工程學(xué)院計(jì)算機(jī)系 2 第一章 概述 第二章 計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)表示 第三章 運(yùn)算方法和運(yùn)算器 第四章 存儲(chǔ)器及存儲(chǔ)系統(tǒng) 第五章 指令系統(tǒng) 第六章 中央處理器 第七章 總線系統(tǒng) 第八章 輸入輸出系統(tǒng) 第九章 計(jì)算機(jī)外部設(shè)備 第十章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及發(fā)展 目錄 計(jì)算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 3頁(yè) 第 5章 指令系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)組成原理 清華大學(xué)出版社 教學(xué)目標(biāo) 教學(xué)重點(diǎn) 教學(xué)過(guò)程 計(jì)算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 4頁(yè) 教學(xué)目標(biāo) 了解指令系統(tǒng)的發(fā)展與性能要求 掌握指令格式和尋址方式 計(jì)算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 5頁(yè) 教學(xué)重點(diǎn) 指令格式 擴(kuò)展操作碼 尋址方式 計(jì)算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 6頁(yè) 教學(xué)過(guò)程 算機(jī)的指令系統(tǒng)的發(fā)展與性能 令的格式 址方式 令的分類與高級(jí)語(yǔ)言 型指令系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 7頁(yè) 指令系統(tǒng)決定了計(jì)算機(jī)的基本功能，指令系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)核心問(wèn)題。它不僅與計(jì)算機(jī)的硬件設(shè)計(jì)緊密相關(guān)，而且直接影響到系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的難易程度。 完善的計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)應(yīng)具備： 1、 完備性： 一臺(tái)計(jì)算機(jī)中最基本的、必不可少的指令構(gòu)成了指令系統(tǒng)的完備性。 2、 有效性： 指利用該指令系統(tǒng)所提供的指令編制的程序能夠產(chǎn)生高效率。高效率主要表現(xiàn)在空間和時(shí)間方面，即占用存儲(chǔ)空間小、執(zhí)行速度快。 3、 規(guī)整性： 指令操作的對(duì)稱性和勻齊性，指令格式與數(shù)據(jù)格式的一致性。 （ 1）對(duì)稱性：在指令系統(tǒng)中，所有寄存器和存儲(chǔ)單元都可同等對(duì)待，這對(duì)簡(jiǎn)化程序設(shè)計(jì)，提高程序的可讀性非常有用。 （ 2）勻齊性：是指一種操作性質(zhì)的指令可以支持各種數(shù)據(jù)類型。 （ 3）指令的格式與數(shù)據(jù)格式的一致性：指令長(zhǎng)度與數(shù)據(jù)長(zhǎng)度有一定關(guān)系，以方便存取和處理。 4、 兼容性： 兼容性一般是指計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本相同，機(jī)器之間具有相同的基本結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)表示和共同的基本指令集合。 計(jì)算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 8頁(yè) 計(jì)算機(jī)的指令格式與機(jī)器的字長(zhǎng)、存儲(chǔ)器的容量及指令的功能密切相關(guān)。 計(jì)算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 9頁(yè) （ 1/9） 兩個(gè)字段：操作碼字段 +操作數(shù)地址字段： 操作碼是指明指令操作性質(zhì)的命令碼。它提供指令的操作控制信息。 （ 1）每條指令都要求它的操作碼必須是獨(dú)一無(wú)二的位組合。 （ 2）指令系統(tǒng)中指令的個(gè)數(shù) n，必須滿足關(guān)系式： N2n （ 1）地址碼：用來(lái)描述該指令的操作對(duì)象。 （ 2）指令字長(zhǎng) =操作碼的位數(shù) +(操作數(shù)地址個(gè)數(shù) )*(操作數(shù)地址碼位數(shù) ) 地址碼字段 作碼字段 算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 10頁(yè) （ 2/9） 一、指令格式 這是一種沒(méi)有操作數(shù)地址部分的指令格式。 這種指令有兩種可能： （ 1）無(wú)需任何操作數(shù)。如空操作指令，停機(jī)指令等。 （ 2）所需的操作數(shù)是默認(rèn)的：堆棧。 操作碼 算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 11頁(yè) （ 3/9） A、堆棧的概念 （ a）是若干個(gè)存儲(chǔ)單元 (或寄存器 )的有序集合，它順序地存放一組元素。 （ b）數(shù)據(jù)的存取都只能在棧頂單元內(nèi)進(jìn)行，即數(shù)據(jù)的進(jìn)棧與出棧都只能經(jīng)過(guò)棧頂單元這個(gè)“出入口”。 （ c）堆棧中的數(shù)據(jù)采用“先進(jìn)后出”或“后進(jìn)先出”的存取工作方式。 B、 堆棧結(jié)構(gòu)在計(jì)算機(jī)中的作用 （ a）具有堆棧結(jié)構(gòu)的機(jī)器使用零地址指令，這不僅使指令長(zhǎng)度短，指令結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，機(jī)器硬件簡(jiǎn)化。 （ b）實(shí)現(xiàn)程序調(diào)用，子程序嵌套調(diào)用和遞歸調(diào)用。 （ c）對(duì)于“中斷”技術(shù)，堆棧更是不可缺少的，保存“斷點(diǎn)”和“現(xiàn)場(chǎng)”。 計(jì)算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 12頁(yè) （ 4/9） C、堆棧的操作 設(shè)數(shù)據(jù)進(jìn)棧方向?yàn)閺母叩刂废虻偷刂钒l(fā)展，當(dāng)向堆棧壓入數(shù)據(jù)時(shí)， 把數(shù)據(jù)寫(xiě)入此棧頂單元；當(dāng)數(shù)據(jù)彈出堆棧時(shí)，立即讀出 把 X； (1X)( X； (X (1算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 13頁(yè) （ 5/9） （ 1）指令中給出的一個(gè)地址即是操作數(shù)的地址，又是操作結(jié)果的存儲(chǔ)地址。如加 1、減 1、移位等單操作數(shù)指令。 （ 2）在某些計(jì)算機(jī)中，指令中提供的一個(gè)地址提供一個(gè)操作數(shù)，另一個(gè)操作數(shù)是由機(jī)內(nèi)硬件寄存器“隱含”地自動(dòng)提供的。所謂“隱含”是指此操作數(shù)在指令中不出現(xiàn)，而是按照事先約定由寄存器默認(rèn)提供，運(yùn)算結(jié)果仍送到寄存器中。因?yàn)檫@個(gè)寄存器在連續(xù)運(yùn)算時(shí)，保存著多條指令連續(xù)操作的累計(jì)結(jié)果，故稱為累加器 ( 作碼 算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 14頁(yè) （ 6/9） （ 1）把保存操作前原來(lái)操作數(shù)的地址稱為源點(diǎn)地址 (把保存指令執(zhí)行結(jié)果的地址稱為終點(diǎn)地址或目的地址 ( （ 2）將源點(diǎn)與終點(diǎn)操作數(shù)進(jìn)行操作碼規(guī)定的操作后，將結(jié)果存入終點(diǎn)地址。通常二地址指令又稱為雙操作數(shù)指令。 例如，雙操作數(shù)加法指令： 0寄存器的內(nèi)容和 結(jié)果存入 又如 ( 0寄存器的內(nèi)容作為地址，到內(nèi)存中取出該地址所指向的單元內(nèi)容作為源點(diǎn)操作數(shù)，和作為終點(diǎn)操作數(shù)的 結(jié)果存入 作碼 算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 15頁(yè) （ 7/9） 其操作是對(duì) 將結(jié)果存入 如： X Y Z 含義為 （ X） +（ Y） Z 即 單元內(nèi)容，結(jié)果送 作碼 算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 16頁(yè) （ 8/9） 例如四地址指令格式。 （ 1）含義： X Y Z W A、（ X） +（ Y） Z B、（ W） 下一條指令地址 （ 2）特點(diǎn)： A、直觀明了； B、程序執(zhí)行的流向明確； C、操作數(shù)和結(jié)果可以分散在內(nèi)存各處。 D、但是指令字長(zhǎng)度太長(zhǎng)。 作碼 算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 17頁(yè) （ 9/9） 指令格式設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 1、指令字長(zhǎng)要短，以得到時(shí)間和空間上的優(yōu)勢(shì)。 2、指令字長(zhǎng)必須有足夠的長(zhǎng)度。 3、指令字長(zhǎng)一般應(yīng)是機(jī)器字符長(zhǎng)度的整數(shù)倍以便存儲(chǔ)系統(tǒng)的管理。若機(jī)器中字符碼長(zhǎng)是 機(jī)器字長(zhǎng)最好是 L， 2L， 4L，8 4、指令格式的設(shè)計(jì)還與如何選定指令中操作數(shù)地址的位數(shù)有關(guān)。 例如，對(duì)同一容量 (如 64存儲(chǔ)器 （ 1）若取存儲(chǔ)單元為一字節(jié)長(zhǎng)，則需要 16位地址碼， （ 2）若存儲(chǔ)單元長(zhǎng)度為 32位，則只需 14位地址碼。 方案（ 1）對(duì)字符操作方便，但地址碼位數(shù)多， 方案（ 2）地址碼位數(shù)少，很有利，但字符操作困難，分辯率低。 （存儲(chǔ)器分辯率：指存儲(chǔ)器能被區(qū)分、識(shí)別與操作的精細(xì)程度） 計(jì)算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 18頁(yè) （ 1/3） 一、操作碼和地址碼間的權(quán)衡（操作碼有兩種編碼格式） 1、固定格式：操作碼長(zhǎng)度固定，且集中放在指令字的一個(gè)字段中。 2、可變格式：即操作碼長(zhǎng)度可變，且分散地放在指令字的不同字段中。 二、擴(kuò)展操作碼 1、要點(diǎn)： （ 1）操作碼位數(shù)隨地址碼個(gè)數(shù)變化采取可變長(zhǎng)度類型； （ 2）指令間指令碼一定不重復(fù)； （ 3）根據(jù)需要靈活變通。 計(jì)算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 19頁(yè) （ 2/3） 2、比較 假設(shè)一臺(tái)計(jì)算機(jī)指令字長(zhǎng) 16位，操作碼與地址碼都為 4位，如圖所示。 （ 1）方法一：固定格式，則最多可以設(shè)計(jì) 16條三地址指令 圖 10列處理機(jī)結(jié)構(gòu) 作碼 算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 20頁(yè) （ 3/3） （ 2）方法二：擴(kuò)展操作碼，具體方法如下： A、 4位 0005條三地址指令，留編碼 1111作為擴(kuò)展標(biāo)志與下一個(gè) 4位組成一個(gè) 8位操作碼，引出二地址指令，則： B、（ a）若將 地址指令的 再定義 16條 2地址指令； （ b） 8位 11100005條二地址指令，剩下的一個(gè)編碼 11111111與下一個(gè) 4位組成一個(gè) 12位的操作碼，引出一地址指令； （ c）選 11110000 11111101共 14條 2地址指令，留 11111110，11111111為擴(kuò)展標(biāo)志，再與 此類推。 C、若選 B（ c），則可定義 31條 1地址指令，留一個(gè)編碼 111111111111為擴(kuò)展標(biāo)志，與下一個(gè) 4位組成 16位操作碼，引出 16條零地址指令； 3、擴(kuò)展操作碼的另一個(gè)演變是用操作碼中的某一位或幾位來(lái)說(shuō)明指令的格式與長(zhǎng)度，或是說(shuō)明操作數(shù)的特征。 例如：小型機(jī) 最高位 15位 )來(lái)指明指令操作處理的數(shù)據(jù)字長(zhǎng)度，當(dāng)?shù)?15位 =0，是字指令，操作數(shù)是 16位長(zhǎng)的字；當(dāng) 15位 =1，是字節(jié)指令，操作數(shù)是 8位長(zhǎng)的字節(jié)。 計(jì)算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 21頁(yè) 令格式舉例 8位微型機(jī)字長(zhǎng)只有 8位。由于指令字較短，所以指令結(jié)構(gòu)是一種可變字長(zhǎng)形式。指令格式包含單字長(zhǎng)指令、雙字長(zhǎng)指令、三字長(zhǎng)指令等多種。指令格式如下： 單字長(zhǎng)指令 : 操作碼 計(jì)算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 22頁(yè) 操作碼 操作數(shù)地址 操作碼 操作數(shù)地址 1 操作數(shù)地址 2 雙字長(zhǎng)指令： 三字長(zhǎng)指令： 計(jì)算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 23頁(yè) 單字長(zhǎng)指令只有操作碼 ， 沒(méi)有操作數(shù)地址 。 雙字長(zhǎng)或三字長(zhǎng)指令包含操作碼和地址碼 。 由于內(nèi)存按字節(jié)編址 ， 所以單字長(zhǎng)指令每執(zhí)行一條指令后 ，指令地址加 1。 雙字長(zhǎng)指令或三字長(zhǎng)指令每執(zhí)行一條指令時(shí) ， 必須從內(nèi)存連續(xù)讀出兩個(gè)字節(jié)或三個(gè)字節(jié)代碼 ， 所以 ， 指令地址要加 2或加 3， 可見(jiàn)多字長(zhǎng)的指令格式不利于提高機(jī)器速度 。 計(jì)算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 24頁(yè) 2. 從 1字節(jié)到 12字節(jié) ，還可以帶前綴 ， 指令格式如下所示 。 這種非固定長(zhǎng)度的指令格式是典型的 之所以如此 ， 一是為了與它的前身 80486保持兼容 ， 二是希望能給編譯程序?qū)懽髡咭愿囔`活的編程支持 。 計(jì)算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 25頁(yè) 例 5指令格式如下所示，其中 分析指令格式的特點(diǎn)。 解：（ 1）單字長(zhǎng)二地址指令。 （ 2）操作碼字段可以指定 27=128條指令。 （ 3）源寄存器和目標(biāo)寄存器都是通用寄存器（可分別指定 16個(gè)），所以是 個(gè)操作數(shù)均在寄存器中。 （ 4）這種指令結(jié)構(gòu)常用于算術(shù)邏輯運(yùn)算類指令 O P 源寄存器 目標(biāo)寄存器 15 9 7 4 3 0 計(jì)算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 26頁(yè) 例 5指令格式如下所示， 分析指令格式的特點(diǎn)。 O P 源寄存器 變址 寄存器 15 10 7 4 3 位移量（ 16 位） 0 解：（ 1）雙字長(zhǎng)二地址指令，用于訪問(wèn)存儲(chǔ)器。 （ 2）操作碼字段 位，可以指定 26=64種操作。 （ 3）一個(gè)操作數(shù)在源寄存器（共 16個(gè)），另一個(gè)操作數(shù)在存儲(chǔ)器中（由變址寄存器和位移量決定），所以是 計(jì)算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 27頁(yè) 尋址方式 （ 1/11） 一、尋址方式的設(shè)計(jì) 1、目的 (1)豐富程序設(shè)計(jì)手段，提高程序質(zhì)量； (2)減少訪問(wèn)主存的次數(shù)，壓縮程序占用的存儲(chǔ)空間。保證指令的地址碼字段盡可能縮短，而訪問(wèn)的存儲(chǔ)空間盡可能地大。 2、 概念 （ 1）形式地址：指令中直接給出的地址； （ 2）有效地址：操作數(shù)所在的真實(shí)地址； （ 3）尋址方式：從形式地址生成有效地址的各種方式稱為尋址方式。 計(jì)算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 28頁(yè) 尋址方式 （ 2/11） 3、尋址方式選用的依據(jù) （ 1）要與數(shù)據(jù)的表示方式相配合，對(duì)各種結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)能方便地進(jìn)行存取和處理； （ 2）要與指令系統(tǒng)相匹配，依據(jù)對(duì)機(jī)器性能要求的高低來(lái)考慮選擇； （ 3）還要考慮硬件實(shí)現(xiàn)的可能性與復(fù)雜程度，成本高低，設(shè)備與價(jià)格增加的合理性。 4、區(qū)分尋址方式的方法 （ 1） 在指令中劃出一個(gè)字段，用二進(jìn)制編碼來(lái)標(biāo)志所采用的類型，此編碼稱尋址方式碼； （ 2）使用隱含尋址方式，用操作碼隱含尋址方式。 計(jì)算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 29頁(yè) 尋址方式 （ 3/11） 二、常用的尋址方式 1、立即尋址方式 （ 1）含義：地址字段給出的是可以立即使用的操作數(shù)實(shí)際值，稱立即尋址方式。 （ 2）優(yōu)缺點(diǎn)： A、優(yōu)點(diǎn)：提供操作數(shù)最快 B、缺點(diǎn)：精度較低，可采用變字長(zhǎng)格式解決。 例如：在 X， 05算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 30頁(yè) 尋址方式 （ 4/11） 2、直接尋址方式 （ 1）含義：地址字段直接指明操作數(shù)在存儲(chǔ)器內(nèi)的位置的尋址方法。即形式地址等于有效地址， （ 2）缺點(diǎn)：直接尋址方式中指令字長(zhǎng)限制了一條指令所能夠訪問(wèn)的最大主存空間，可以使用可變字長(zhǎng)指令格式來(lái)解決此局限性。利用擴(kuò)大了的操作數(shù)地址碼就能全部訪問(wèn)主存儲(chǔ)器的所有的存儲(chǔ)單元。 例如：在 X， 3000H 計(jì)算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 31頁(yè) 尋址方式 （ 5/11） 3、間接尋址方式 （ 1）含義：指令字中地址碼字段給出的不是操作數(shù)地址，而是操作數(shù)地址的地址。 （ 2）優(yōu)缺點(diǎn)： A、優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)便，對(duì)編程帶來(lái)較大的 靈活性， 靈活性表現(xiàn)在： 間接尋址方式的指令可以訪問(wèn)大的存儲(chǔ)空間，擴(kuò)大了指令的尋址能力。 當(dāng)操作數(shù)地址改變時(shí)，只需修改間接地址指示器的單元內(nèi)容，而不必修改指令，原指令的功能照樣實(shí)現(xiàn)。這給程序編制帶來(lái)很大方便。 B、缺點(diǎn)： 多次訪問(wèn)內(nèi)存，增加了指令的執(zhí)行時(shí)間； 占用主存儲(chǔ)器單元多。 （ 3）間接尋址可分為一級(jí)間接尋址和多級(jí)間接尋址。 例如：在 計(jì)算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 32頁(yè) 尋址方式 （ 6/11） 4、變址尋址方式 （ 1）含義：把指令字中的形式地址 自動(dòng)相加， 成操作數(shù)的有效地址 ：+X。其中，與形式地址相加的數(shù) 為“變址值”，保存變址值的設(shè)備稱為變址器。 （ 2）硬件開(kāi)銷(xiāo)： A、變址器 B、有效地址形成邏輯 例如：在 X， I 計(jì)算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 33頁(yè) 尋址方式 （ 7/11） 5、基址尋址方式 （ 1）含義： +X。其中， ， （ 2）與變址尋址的區(qū)別： 基址 R，用戶程序無(wú)權(quán)操作和修改，由系統(tǒng)軟件管理控制程序使用特權(quán)指令來(lái)管理的。 （ 3）基址尋址方式主要用以解決程序在存儲(chǔ)器中的定位和擴(kuò)大尋址空間等問(wèn)題。 計(jì)算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 34頁(yè) 尋址方式 （ 8/11） 6、相對(duì)尋址方式 （ 1）含義：把程序計(jì)數(shù)器 令字中的形式地址碼作為位移量，則有效地址A。相對(duì)尋址主要用于轉(zhuǎn)移指令。 （ 2）特點(diǎn)： （ A）位移量可正、可負(fù)，通常用補(bǔ)碼表示。若位移量為 向有 2向有 2序可以直接訪問(wèn)的實(shí)際存儲(chǔ)空間是 2稱為一頁(yè)。 （ B）位移量是操作數(shù)位置與本指令之間的相對(duì)距離。 計(jì)算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 35頁(yè) 尋址方式 （ 9/11） 7、寄存器尋址方式 （ 1）含義：把指令字中的地址碼用寄存器編號(hào)來(lái)代替，寄存器的作用由尋址方式碼來(lái)指定。 （ 2）優(yōu)點(diǎn)： A、有效壓縮指令字長(zhǎng) B、加快存取速度 C、編程靈活 （ 3）寄存器尋址方式的變化： A、寄存器直接尋址方式 例如在 0， 、寄存器間接尋址方式 例如在 如在 0， 算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 36頁(yè) 尋址方式 （ 10/11） 8、復(fù)合尋址方式： （ A）變址間址尋址方式 其含義是先將變址寄存器的內(nèi)容 相加得到 A+X，然后再作間接尋址，得到操作數(shù)的有效地址。故操作數(shù)有效地址： A+X) （ B）間址變址尋址方式 含義是先將形式地址取間接變換（ A） =N，然后把 相加，得到操作數(shù)的有效地址。故操作數(shù)的有效地址為： +X=（ A） +X （ C） 086/8088中基址變址尋址方式 基址寄存器可以采用 P，變址寄存器可以用 I，有效地址是通過(guò)將基址寄存器中的值、變址寄存器中的值和位移量三這相加而求得的。 計(jì)算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 37頁(yè) 尋址方式 （ 11/11） 8、復(fù)合尋址方式： （ D）分頁(yè)尋址方式 若計(jì)算機(jī)中欲采用直接尋址方式，但由于其訪問(wèn)的內(nèi)存地址空間受指令中地址碼字段長(zhǎng)度的制約，若內(nèi)存空間較大，則可采用分頁(yè)尋址方式來(lái)解決。將指令中操作數(shù)地址碼可以訪問(wèn)到的內(nèi)存地址空間稱為一頁(yè)，則整個(gè)內(nèi)存空間可以按頁(yè)的大小分為多個(gè)頁(yè)面。 例如設(shè)內(nèi)存儲(chǔ)器容量為 64指令中地址碼長(zhǎng)度為 9位，則每一頁(yè)有 512個(gè)單元，可將內(nèi)存空間劃分為64K/512=128頁(yè)。為訪問(wèn) 128頁(yè)，需要 7位代碼來(lái)表示頁(yè)號(hào)。若預(yù)先將頁(yè)號(hào)送入頁(yè)號(hào)寄存器，把頁(yè)號(hào)寄存器的內(nèi)容與指令寄存器中形式地址兩者拼接起來(lái)，就能獲得一個(gè)可以訪問(wèn)整個(gè)內(nèi)存空間的有效地址。 計(jì)算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 38頁(yè) 指令的分類與高級(jí)語(yǔ)言 令系統(tǒng)的分類 令系統(tǒng)與高級(jí)語(yǔ)言 計(jì)算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 39頁(yè) 指令系統(tǒng)的分類 （ 1/9） 1. 數(shù)據(jù)傳送類指令 寄存器至寄存器（ 存儲(chǔ)器至寄存器（ 寄存器至存儲(chǔ)器（ 存儲(chǔ)器至存儲(chǔ)器（ 計(jì)算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 40頁(yè) 指令系統(tǒng)的分類 （ 2/9） 2. 運(yùn)算類指令 加法，減法，乘法和除法等指令。 計(jì)算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 41頁(yè) 指令系統(tǒng)的分類 （ 3/9） 3. 邏輯運(yùn)算指令 邏輯運(yùn)算主要是對(duì)布爾變量的運(yùn)算。 基本操作：包括邏輯與，邏輯或與邏輯非 3種基本操作； 組合邏輯操作：例如：異或。 （ 1）邏輯與指令： （ 2）邏輯或指令： （ 3）邏輯非指令： （ 4）邏輯異或指令： 算術(shù)邏輯運(yùn)算指令除了給出運(yùn)算結(jié)果外，往往還要給出某些狀態(tài)信息。如運(yùn)算結(jié)果的正、負(fù)；運(yùn)算結(jié)果是否為零；是否有溢出；是否有低位向高位的進(jìn)位等，供其它指令或程序分析時(shí)使用。 計(jì)算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 42頁(yè) 指令系統(tǒng)的分類 （ 4/9） 4. 移位指令 算術(shù)移位：左移或右移 （ 右移時(shí)符號(hào)位不變 ） 邏輯移位：左移或右移 （ 右移時(shí)符號(hào)位補(bǔ) 0） 循環(huán)移位：左移或右移 。 計(jì)算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 43頁(yè) 指令系統(tǒng)的分類 （ 5/9） 5. 程序控制類指令 （ 1）轉(zhuǎn)移指令： 包括無(wú)條件轉(zhuǎn)移指令和條件轉(zhuǎn)移指令。 （ 2）轉(zhuǎn)子與返回指令： 子程序是一組可以共享的指令序列，可被主程序調(diào)用執(zhí)行。轉(zhuǎn)子指令與轉(zhuǎn)移指令之間最大的差別在于：轉(zhuǎn)移指令無(wú)需返回，而轉(zhuǎn)子指令則需要。 子程序調(diào)用指令就是用來(lái)調(diào)用子程序的。為了能夠從子程序中正確返回到斷點(diǎn)繼續(xù)執(zhí)行，并能支持多重嵌套和遞歸調(diào)用，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)通常用堆棧來(lái)保存返回地址。 （ 3）程序中斷指令： 中斷一般是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況或特殊請(qǐng)求時(shí)隨機(jī)產(chǎn)生的。一般在計(jì)算機(jī)中，中斷指令作為隱指令不提供用戶使用。但在某些計(jì)算機(jī)中設(shè)置了可供用戶使用的中斷指令，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能調(diào)用和程序請(qǐng)求。如 計(jì)算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 44頁(yè) 指令系統(tǒng)的分類 （ 6/9） 6. 輸入輸出類指令 用來(lái)處理機(jī)與外部設(shè)備之間進(jìn)行通信的一類指令。以處理機(jī)為基準(zhǔn)，信息由外部設(shè)備傳向處理機(jī)稱為輸入 (信息由處理機(jī)傳給外部設(shè)備稱為輸出 ( 一元化總線的計(jì)算機(jī)如 需設(shè)置專門(mén)的 I/以用一般的數(shù)據(jù)傳送類指令實(shí)現(xiàn)輸入和輸出； 對(duì)于主存和外設(shè)不采用統(tǒng)一編址技術(shù)的計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)，則需要有專門(mén)的 I/ 計(jì)算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 45頁(yè) 指令系統(tǒng)的分類 （ 7/9） 7. 字符串處理指令 非數(shù)值處理能力； 字符串處理指令一般包括字符串傳送、比較、查詢、轉(zhuǎn)換等指令。 計(jì)算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 46頁(yè) 指令系統(tǒng)的分類 （ 8/9） 8. 處理機(jī)控制類指令 包括停機(jī)指令、等待指令、空操作指令、開(kāi)中斷指令、關(guān)中斷指令、設(shè)置條件碼指令等。 計(jì)算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 47頁(yè) 指令系統(tǒng)的分類 （ 9/9） 9. 特權(quán)指令 這類指令只能用于操作系統(tǒng)或其它系統(tǒng)軟件，而不提供給用戶使用，稱特權(quán)指令。 一般來(lái)說(shuō)，在單用戶、單任務(wù)的計(jì)算機(jī)中不一定需要特權(quán)指令，而在多用戶、多任務(wù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，特權(quán)指令卻是必不可少的。它主要用于系統(tǒng)資源的分配和管理，包括改變系統(tǒng)的工作方式、檢測(cè)用戶的訪問(wèn)權(quán)限、修改虛擬存儲(chǔ)器管理的段表、頁(yè)表和完成任務(wù)的創(chuàng)建和切換等。 計(jì)算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 48頁(yè) 指令系統(tǒng)與高級(jí)語(yǔ)言 （ 1/2） 1、傳統(tǒng)的馮 諾依曼計(jì)算機(jī)的機(jī)器語(yǔ)言和高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言在語(yǔ)義上的差別的主要原因 （ 1）存儲(chǔ)器組織方式不同 馮 諾依曼計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器是一維的線性結(jié)構(gòu)，而高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言表示的存儲(chǔ)器則是一組變量，訪問(wèn)時(shí)調(diào)用變量即可，不必考慮訪問(wèn)方法，而且數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)經(jīng)常是多維的，如數(shù)組結(jié)構(gòu)。 （ 2）高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言中，高級(jí)語(yǔ)言中的每種操作對(duì)于任何數(shù)據(jù)類型都是通用的，數(shù)據(jù)類型直接屬于數(shù)據(jù)本身，而馮 諾依曼計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)本身沒(méi)有屬性標(biāo)志，同一種操作要用不同的操作碼來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)類型進(jìn)行區(qū)分。 這些差別間的變換工作，主要由編譯程序來(lái)承擔(dān)。 計(jì)算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 49頁(yè) 指令系統(tǒng)與高級(jí)語(yǔ)言 （ 2/2） 2、計(jì)算機(jī)指令結(jié)構(gòu)分類 兩大類： （ 1）復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)（ 指令系統(tǒng)十分龐大，指令類型、尋址方式較多，機(jī)器語(yǔ)言和高級(jí)語(yǔ)言之間的語(yǔ)義差距正在縮小。 （ 2）精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)（ 選用使用頻率最高的少數(shù)指令，盡量使所有的簡(jiǎn)單指令在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)執(zhí)行完，采用大量的寄存器、高速緩沖存儲(chǔ)器等技術(shù)，通過(guò)優(yōu)化編譯程序，提高處理速度。機(jī)器語(yǔ)言和高級(jí)語(yǔ)言的差距較大，這個(gè)差距主要靠提高計(jì)算機(jī)運(yùn)行速度和配置優(yōu)化編譯程序來(lái)彌補(bǔ)。 計(jì)算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 50頁(yè) 計(jì)算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 51頁(yè) 1/6） 6位小型機(jī)， 個(gè)通用寄存器（ 其中 它 6個(gè)寄存器 產(chǎn) 80是 977年推出的 6位擴(kuò)充到 32位。 6個(gè)通用寄存器， P，C。 計(jì)算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 52頁(yè) 2/6） 1、 單操作數(shù)指令 ， 如清零 （ 、 加 1（ 、 減 1（ 、 求補(bǔ)（ 、 字節(jié)交換 （ 等指令； 2、雙操作數(shù)指令，如傳送（ 比較（ 加（ 減（ 乘（ 除（ 異或（ 指令； 3、轉(zhuǎn)移指令，如無(wú)條件轉(zhuǎn)移（ 非零轉(zhuǎn)移（ 零轉(zhuǎn)移（ 正轉(zhuǎn)移（ 負(fù)轉(zhuǎn)移（ 指令； 4、跳轉(zhuǎn)、子程序及自中斷指令，如跳轉(zhuǎn)（ 轉(zhuǎn)子（ 子程序返回（ 自中斷（ 指令； 5、條件碼操作指令，如清進(jìn)位（ 置進(jìn)位（ 清零