計(jì)算機(jī)組成原理指令系統(tǒng)課件

1、第4章 指令系統(tǒng)第4章 指令系統(tǒng)目錄4.1 指令系統(tǒng)的發(fā)展與性能要求4.2 指令格式4.3 操作數(shù)類型4.4 指令和數(shù)據(jù)的尋址方式4.5 典型指令4.6 本章練習(xí)題10/15/20222目錄4.1 指令系統(tǒng)的發(fā)展與性能要求10/11/2022考研計(jì)算機(jī)統(tǒng)考大綱要求（一） 指令格式指令的基本格式定長(zhǎng)操作碼指令格式擴(kuò)展操作碼指令格式（二）指令的尋址方式有效地址的概念數(shù)據(jù)尋址和指令尋址常見(jiàn)尋址方式（三） CISC和RISC的基本概念10/15/20223考研計(jì)算機(jī)統(tǒng)考大綱要求（一） 指令格式10/11/202234.1 指令系統(tǒng)的發(fā)展和性能要求4.1.1 指令系統(tǒng)的發(fā)展4.1.2 對(duì)指令系統(tǒng)性能的要

2、求4.1.3 低級(jí)語(yǔ)言與硬件結(jié)構(gòu)的關(guān)系10/15/202244.1 指令系統(tǒng)的發(fā)展和性能要求4.1.1 指令系統(tǒng)的發(fā)4.1.1指令系統(tǒng)的發(fā)展程序用于解決實(shí)際問(wèn)題的一系列的指令;指令使計(jì)算機(jī)執(zhí)行某種操作的命令；從組成的層次結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，計(jì)算機(jī)的指令可分為如下3類：微指令：微程序級(jí)的命令，它屬于硬件；機(jī)器指令（指令）：可完成一個(gè)獨(dú)立的算術(shù)或邏輯運(yùn)算； 宏指令：由若干條機(jī)器指令組成的軟件指令，它屬于軟件；指令系統(tǒng)：一臺(tái)計(jì)算機(jī)中所有機(jī)器指令的集合。直接影響機(jī)器的硬件結(jié)構(gòu)、軟件系統(tǒng)、以及機(jī)器的適用范圍。10/15/202254.1.1指令系統(tǒng)的發(fā)展程序用于解決實(shí)際問(wèn)題的一系列的計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程50年

3、代只有定點(diǎn)加減、邏輯運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送、轉(zhuǎn)移等十幾至幾十條指令。60年代后期增加了乘除運(yùn)算、浮點(diǎn)運(yùn)算、十進(jìn)制運(yùn)算、字符串處理等指令，指令數(shù)目多達(dá)一二百條，尋址方式也趨多樣化。出現(xiàn)了系列計(jì)算機(jī)。70年代末期復(fù)雜指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)(CISC)、精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)(RISC) 10/15/20226計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程50年代10/11/20226系列計(jì)算機(jī)基本指令系統(tǒng)、基本體系結(jié)構(gòu)相同的一系列計(jì)算機(jī)；但具體的器件、結(jié)構(gòu)和性能都不會(huì)完全相同；一般，新機(jī)種在各方面要優(yōu)于舊機(jī)種。一個(gè)系列往往有多種型號(hào)，各型號(hào)計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)是向下兼容的。新機(jī)種的指令系統(tǒng)包含舊機(jī)種的全部指令；如Pentium系列PC機(jī)。10

4、/15/20227系列計(jì)算機(jī)基本指令系統(tǒng)、基本體系結(jié)構(gòu)相同的一系列計(jì)算機(jī)；10CISCCISC（complex instruction set computer）采用復(fù)雜的的指令系統(tǒng)，來(lái)達(dá)到增強(qiáng)計(jì)算機(jī)的功能、提高機(jī)器速度的目的。特點(diǎn)：指令系統(tǒng)復(fù)雜龐大，指令數(shù)目多；指令格式多，字長(zhǎng)不固定，多種尋址方式；可訪存指令不受限制；各種指令的執(zhí)行時(shí)間相差很大；大都采用微程序控制器；10/15/20228CISCCISC（complex instruction sRISCRISC（Reduced instruction set computer）從簡(jiǎn)化指令系統(tǒng)和優(yōu)化硬件設(shè)計(jì)的角度來(lái)提高系統(tǒng)的性能與速度。RI

5、SC指令系統(tǒng)的主要特點(diǎn)：選取使用頻率高的簡(jiǎn)單指令；指令長(zhǎng)度固定，指令格式少，尋址方式種類少；采用流水線技術(shù)；使用較多的通用寄存器，減少訪存；控制器以組合邏輯控制為主；采用優(yōu)化編譯技術(shù)；10/15/20229RISCRISC（Reduced instruction s判斷以下有關(guān)CISC和RISC的描述的正誤采用RISC技術(shù)后，計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)又回復(fù)到早期比較簡(jiǎn)單的情況；為了實(shí)現(xiàn)兼容，新設(shè)計(jì)的RISC，是從原來(lái)CISC系統(tǒng)的指令系統(tǒng)中挑選一部分實(shí)現(xiàn)的；RISC的主要目的是減少指令；RISC設(shè)有乘、除法指令和浮點(diǎn)運(yùn)算指令；10/15/202210判斷以下有關(guān)CISC和RISC的描述的正誤采用RIS

6、C技術(shù)后4.1.2指令系統(tǒng)性能的要求 指令系統(tǒng)的性能決定了計(jì)算機(jī)的基本功能，它的設(shè)計(jì)直接關(guān)系到計(jì)算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)和用戶的需要。一個(gè)完善的指令系統(tǒng)應(yīng)滿足如下四方面的要求完備性常用指令齊全，編程方便；有效性程序占用內(nèi)存少，運(yùn)行速度快；規(guī)整性指令和數(shù)據(jù)的使用規(guī)則統(tǒng)一，易學(xué)易記；兼容性同一系列的低檔計(jì)算機(jī)的程序能夠在新的高檔計(jì)算機(jī)上運(yùn)行。10/15/2022114.1.2指令系統(tǒng)性能的要求 指令系統(tǒng)的性能決定了計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)的規(guī)整性要求規(guī)整性包括對(duì)稱性、勻齊性、指令格式和數(shù)據(jù)格式的一致性三方面的要求。對(duì)稱性所有的指令都可使用各種尋址方式；勻齊性一種操作性質(zhì)的指令可以支持各種數(shù)據(jù)類型；指令格式和數(shù)據(jù)格式

7、的一致性指令長(zhǎng)度和數(shù)據(jù)長(zhǎng)度有一定的關(guān)系，以方便處理和存?。?0/15/202212指令系統(tǒng)的規(guī)整性要求規(guī)整性包括對(duì)稱性、勻齊性、指令格式和數(shù)據(jù)4.1.3低級(jí)語(yǔ)言與硬件結(jié)構(gòu)的關(guān)系 低級(jí)語(yǔ)言：面向機(jī)器的語(yǔ)言，和具體機(jī)器的指令系統(tǒng)密切相關(guān)。高級(jí)語(yǔ)言與低級(jí)語(yǔ)言的比較如P105 表4.1機(jī)器語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言10/15/2022134.1.3低級(jí)語(yǔ)言與硬件結(jié)構(gòu)的關(guān)系 低級(jí)語(yǔ)言：機(jī)器語(yǔ)言、匯4.2 指令格式 4.2.1 操作碼4.2.2 地址碼4.2.3 指令字長(zhǎng)度4.2.4 指令助記符4.2.5 指令格式舉例10/15/2022144.2 指令格式 4.2.1 操作碼10/11/2022指令的一般格式指令字

8、（簡(jiǎn)稱指令）表示一條指令的機(jī)器字。指令格式指令字用二進(jìn)制代碼表示的結(jié)構(gòu)形式，由操作碼字段和地址碼字段組成。操作碼字段：表征指令的操作特性與功能；地址碼字段：通常指定參與操作的操作數(shù)的地址。操作碼字段OP地址碼字段A10/15/202215指令的一般格式指令字（簡(jiǎn)稱指令）操作碼字段OP地址碼字段A14.2.1操作碼操作碼字段的位數(shù)取決于指令系統(tǒng)的規(guī)模；操作碼的類型：固定長(zhǎng)度的操作碼特征：所有指令長(zhǎng)度均相同。優(yōu)點(diǎn)：控制簡(jiǎn)單，速度快，適用于指令條數(shù)不多的場(chǎng)合?？勺冮L(zhǎng)度的操作碼特征：頻繁使用的指令用位數(shù)較少的操作碼； 不常使用的指令可利用操作碼擴(kuò)展技術(shù)進(jìn)行擴(kuò)展；優(yōu)點(diǎn)：充分利用軟硬件資源，適用于大規(guī)模的

9、指令系統(tǒng)。操作碼字段為4位，則指令系統(tǒng)中的指令數(shù)目為24=16條。10/15/2022164.2.1操作碼操作碼字段的位數(shù)取決于指令系統(tǒng)的規(guī)模；操作4.2.2地址碼（1/2）一條指令格式中有幾個(gè)地址碼字段，就稱為是幾地址指令；零地址指令無(wú)任何操作數(shù)運(yùn)算，如NOP、HALT等指令。單操作數(shù)運(yùn)算：隱含一個(gè)操作數(shù)，如Acc 。OP (Acc) Acc一地址指令 單操作數(shù)運(yùn)算：OP (A1) A1雙操作數(shù)運(yùn)算：隱含一個(gè)操作數(shù)，如Acc (Acc) OP (A1) Acc/A1OPOPA1如INC指令如MUL指令如CBW指令10/15/2022174.2.2地址碼（1/2）一條指令格式中有幾個(gè)地址碼字段

10、，4.2.2地址碼（2/2） 兩地址指令 功能： (A1) OP (A2) A1三地址指令功能： (A1) OP (A2) A3多地址指令（如四地址）這類指令功能強(qiáng)，一般用高檔小型機(jī)或中大型機(jī)，用于實(shí)現(xiàn)成批數(shù)據(jù)處理，字符串處理、向量或矩陣運(yùn)算指令等。OPA1A2A3OPA1A2如ADD、XOR等指令10/15/2022184.2.2地址碼（2/2） 兩地址指令 存儲(chǔ)器-存儲(chǔ)器（SS）型指令A(yù)1、A2均為存儲(chǔ)單元；這類指令的執(zhí)行需要多次訪存。寄存器-寄存器（RR）型指令A(yù)1、A2均為寄存器（通用寄存器、專用寄存器）；這類指令的執(zhí)行不需要訪存，因此速度很快。寄存器-存儲(chǔ)器（RS）型指令 A1、A2

11、中一個(gè)為寄存器，一個(gè)為存儲(chǔ)單元；執(zhí)行此類指令時(shí)，既要訪問(wèn)內(nèi)存單元，又要訪問(wèn)寄存器。兩地址指令的分類根據(jù)操作數(shù)的物理位置分。OPA1A2哪種類型指令執(zhí)行速度較快，哪種指令較慢？為什么？10/15/202219存儲(chǔ)器-存儲(chǔ)器（SS）型指令兩地址指令的分類根據(jù)操作數(shù)的物理指令的操作碼擴(kuò)展技術(shù)（補(bǔ)充）一個(gè)指令系統(tǒng)中若操作碼長(zhǎng)度固定且指令格式不同；指令格式如右：操作碼字段長(zhǎng)度取決于（指令系統(tǒng)中的指令總數(shù)目）；地址碼較少的指令，編碼浪費(fèi)；操作碼擴(kuò)展對(duì)于不需要某個(gè)地址碼的指令，把它們的操作碼擴(kuò)充到該地址字段；既充分利用指令字的各字段，又在不增加指令長(zhǎng)度的情況下擴(kuò)展操作碼的長(zhǎng)度。OPA1A2A3OPA1A2O

12、POPA1無(wú)用無(wú)用無(wú)用無(wú)用無(wú)用無(wú)用外不變內(nèi)調(diào)整10/15/202220指令的操作碼擴(kuò)展技術(shù)（補(bǔ)充）一個(gè)指令系統(tǒng)中OPA1A2A3O 設(shè)某指令長(zhǎng)16位，包括4位基本操作碼字段和3個(gè)4位地址碼字段。若全是三地址指令，則最多能有多少條指令？操作碼為4位的，則指令條數(shù)為24=16。若三地址指令需15條 兩地址指令需15條 應(yīng)如何安排？ 單地址指令需15條 零地址指令需16條 可使用操作碼擴(kuò)展技術(shù)，縮短固定操作碼長(zhǎng)度；操作碼擴(kuò)展舉例（1/3） OP A1 A2 A310/15/202221 設(shè)某指令長(zhǎng)16位，包括4位基本操作碼字段和3個(gè)4位地 0000 A1 A2 A3 . 1110 A1 A2 A3

13、1111 0000 A1 A2 . 1111 1110 A1 A2 1111 1111 0000 A1 . 1111 1111 1110 A1 1111 1111 1111 0000 . 1111 1111 1111 1111 15條三地址指令 15條二地址指令 15條一地址指令 16條零地址指令此指令系統(tǒng)共具有61條指令4 位操作碼8 位操作碼12 位操作碼16 位操作碼如果采用操作碼擴(kuò)展方法能否設(shè)計(jì)一個(gè)具有三地址指令15條，雙地址指令12條，單地址指令31條以及零地址指令16條的指令系統(tǒng)？操作碼擴(kuò)展舉例（2/3）10/15/202222 0000 A1 A2 0000 A1 A2 A3 .

14、 1110 A1 A2 A3 1111 0000 A1 A2 . 1111 1011 A1 A2 1111 1100 0000 A1 . 1111 1101 1111 A1 1111 1110 0000 0000 . 1111 1110 0000 1111 15條三地址指令 12條二地址指令 32條一地址指令 16條零地址指令此指令系統(tǒng)共具有75條指令操作碼擴(kuò)展舉例（3/3）4 位操作碼8 位操作碼12 位操作碼16 位操作碼10/15/202223 0000 A1 A2 【例】某機(jī)指令字長(zhǎng)32位，一個(gè)操作數(shù)地址為12位，有雙地址碼、單地址碼、零地址碼3種格式的指令。若采用擴(kuò)展操作碼的方式來(lái)設(shè)

15、計(jì)指令，已知雙地址碼指令K條，單地址碼指令L條，問(wèn)零地址碼指令有多少條？雙地址碼指令操作碼長(zhǎng)度為（32122）8位；單地址碼指令操作碼長(zhǎng)度為（3212）20位；操作碼的可擴(kuò)展位為20812位。零地址碼指令操作碼長(zhǎng)度為32位操作碼的可擴(kuò)展位為322012位。OP（8位）A1（12位）A2（12位）OP（8位）擴(kuò)展操作碼（12位）A2（12位）OP（8位）擴(kuò)展操作碼（12位）擴(kuò)展操作碼（12位）10/15/202224【例】某機(jī)指令字長(zhǎng)32位，一個(gè)操作數(shù)地址為12位，有雙地址碼【例】某機(jī)指令字長(zhǎng)32位，一個(gè)操作數(shù)地址為12位，有雙地址碼、單地址碼、零地址碼3種格式的指令。若采用擴(kuò)展操作碼的方式來(lái)設(shè)

16、計(jì)指令，已知雙地址碼指令K條，單地址碼指令L條，問(wèn)零地址碼指令有多少條？由以上分析的指令格式，及題目可知：雙地址碼指令最多有28條；可用于擴(kuò)展單地址碼指令的編碼有(28K)個(gè)；單地址碼指令最多有（28K）212條：可用于擴(kuò)展零地址碼指令的編碼有 (28K)212L個(gè)；因此，零地址碼指令最多有 （28K）212 L 212條。10/15/202225【例】某機(jī)指令字長(zhǎng)32位，一個(gè)操作數(shù)地址為12位，有雙地址碼機(jī)器字長(zhǎng)運(yùn)算器一次能處理的二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)。機(jī)器指令的長(zhǎng)度直接決定著CPU運(yùn)算的精度和直接尋址能力的大?。恢噶钭珠L(zhǎng)一個(gè)指令字中包含二進(jìn)制代碼的位數(shù)；指令字長(zhǎng)由操作碼長(zhǎng)度、操作數(shù)長(zhǎng)度和個(gè)數(shù)共同決

17、定。指令有半字長(zhǎng)、單字長(zhǎng)、雙字長(zhǎng)、多字長(zhǎng)等不同的長(zhǎng)度類型；指令系統(tǒng)可分為等長(zhǎng)指令字結(jié)構(gòu)、變長(zhǎng)指令字結(jié)構(gòu)兩種。4.2.3指令字長(zhǎng)度 10/15/202226機(jī)器字長(zhǎng)4.2.3指令字長(zhǎng)度 10/11/2022264.2.4指令助記符 指令助記符使用34個(gè)英文縮寫(xiě)字母來(lái)表示的指令操作碼。在不同的計(jì)算機(jī)中，指令助記符的規(guī)定是不一樣的；指令助記符只是指令操作碼字段的一種表示方法；機(jī)器內(nèi)部保存的還是二進(jìn)制代碼形式的機(jī)器指令；由匯編或編譯程序，將助記符翻譯成機(jī)器代碼。10/15/2022274.2.4指令助記符 指令助記符10/11/2022274.2.5指令格式舉例（1/2） P110 【例1】 某16位

18、系統(tǒng)中，指令格式如下所示，其中OP為操作碼，試分析指令格式的特點(diǎn)。 指令字長(zhǎng)為_(kāi)，操作數(shù)的數(shù)目為_(kāi)個(gè)。該指令格式的指令最多可有_條。根據(jù)此二地址指令的操作數(shù)位置來(lái)看，屬于_型指令。 RS型、RR型、SS型這種指令結(jié)構(gòu)常用于_類指令。 OP源寄存器目的寄存器15 987 43 0單字長(zhǎng)兩128RR算術(shù)邏輯運(yùn)算單字長(zhǎng)二地址指令10/15/2022284.2.5指令格式舉例（1/2） P110 【例1】 4.2.5指令格式舉例（2/2） P110 【例2】 某16位系統(tǒng)中，指令格式如下所示，OP為操作碼字段，試分析指令格式特點(diǎn)。指令字長(zhǎng)為_(kāi)，操作數(shù)的數(shù)目為_(kāi)個(gè)。操作碼字段OP為_(kāi)位，可以指定_種操作

19、。一個(gè)操作數(shù)在源寄存器，該類寄存器共_個(gè)，另一個(gè)操作數(shù)在_中，所以該類指令是_型指令。 存儲(chǔ)單元中數(shù)據(jù)由變址寄存器和位移量共同決定其地址；雙字長(zhǎng)兩6RS OP源寄存器變址寄存器15 109 87 43 0位移量（16位）雙字長(zhǎng)二地址指令6416存儲(chǔ)器10/15/2022294.2.5指令格式舉例（2/2） P110 【例2】雙字長(zhǎng)4.3 操作數(shù)類型機(jī)器指令對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，數(shù)據(jù)通常分為以下四類：地址數(shù)據(jù) 無(wú)符號(hào)整數(shù)，通過(guò)某種運(yùn)算確定操作數(shù)在主存中的有效地址；數(shù)值數(shù)據(jù)定點(diǎn)整數(shù)、小數(shù)；浮點(diǎn)數(shù)；壓縮十進(jìn)制數(shù)；字符數(shù)據(jù)文本數(shù)據(jù)或字符串；邏輯數(shù)據(jù)由若干二進(jìn)制位組成，每位的值可以是1或0。10/15/202

20、2304.3 操作數(shù)類型機(jī)器指令對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，數(shù)據(jù)通常分為以4.4 指令和數(shù)據(jù)的尋址方式4.4.1 指令的尋址方式4.4.2 操作數(shù)尋址方式4.4.3 尋址方式舉例10/15/2022314.4 指令和數(shù)據(jù)的尋址方式4.4.1 指令的尋址方式順序?qū)ぶ贩绞疆?dāng)程序按順序執(zhí)行時(shí)的指令尋址方式；必須用程序計(jì)數(shù)器記錄所要執(zhí)行指令的存放單元地址；一般做順序加1的操作；程序計(jì)數(shù)器又稱指令指針寄存器；跳躍尋址方式 當(dāng)程序轉(zhuǎn)移執(zhí)行時(shí)的指令尋址方式；程序計(jì)數(shù)器的內(nèi)容由本條指令給出，而不是順序改變。4.4.1 指令的尋址方式10/15/202232順序?qū)ぶ贩绞?.4.1 指令的尋址方式10/11/202指令的尋址

21、演示動(dòng)畫(huà)演示： 4-1.swfLDA 1000ADD 1001DEC 1200JMP 7LDA 2000SUB 2001INCSTA 2500LDA 1100.0123456789PC+1指令的尋址方式指令地址指令順序?qū)ぶ?順序?qū)ぶ?順序?qū)ぶ?跳躍尋址7順序?qū)ぶ?10/15/202233指令的尋址演示動(dòng)畫(huà)演示： 4-1.swfLDA 4.3.2操作數(shù)的尋址方式一種單地址碼指令的結(jié)構(gòu)如下圖：將指令中的形式地址A變換成操作數(shù)有效地址的過(guò)程，稱為尋址過(guò)程。典型而常用的尋址方式有隱含尋址、立即尋址、直接尋址、間接尋址、寄存器尋址、寄存器間接尋址、偏移尋址、堆棧尋址；操作碼OP變址X間址I形式地址A尋址

22、特征位動(dòng)畫(huà)演示 ：4-2.swf10/15/2022344.3.2操作數(shù)的尋址方式一種單地址碼指令的結(jié)構(gòu)如下圖：操操作數(shù)地址隱含在操作碼中；如 8086的MUL 指令被乘數(shù)隱含在 AX（16位）或 AL（8位）中；指令字中少了一個(gè)地址字段，可縮短指令字長(zhǎng)；MULA操作數(shù)主存尋址特征AACC暫存ALU另一個(gè)操作數(shù)隱含在 ACC 中隱含尋址10/15/202235操作數(shù)地址隱含在操作碼中；MULA操作數(shù)主存尋址特征AACC形式地址A就是操作數(shù)；優(yōu)點(diǎn)：指令執(zhí)行階段不需要訪存，速度快；缺點(diǎn)：形式地址A字段的位數(shù)限制了立即數(shù)的范圍。立即尋址OP # A立即尋址特征立即數(shù) 可正可負(fù)，補(bǔ)碼表示10/15/2

23、02236形式地址A就是操作數(shù)；立即尋址OP # A立即尋址特征立即數(shù)有效地址由形式地址字段A直接給出；EA = A特點(diǎn)執(zhí)行階段訪問(wèn)一次存儲(chǔ)器；A 的位數(shù)決定了該指令操作數(shù)的尋址范圍；操作數(shù)的地址不易修改（必須修改A）；操作數(shù)主存尋址特征LDAAAACC直接尋址10/15/202237有效地址由形式地址字段A直接給出；操作數(shù)主存尋址特征LDAAOPA尋址特征AEA主存EAA1EA A1主存 EA10OPA尋址特征A一次間址多次間址操作數(shù)操作數(shù)間接尋址有效地址由形式地址字段A間接提供，EA =（A）特點(diǎn)可擴(kuò)大尋址范圍；A字段的長(zhǎng)度受指令字長(zhǎng)和指令格式的限制；尋址時(shí)，可根據(jù)需要進(jìn)行多次間址；可用尋

24、址特制I字段區(qū)分直接尋址和間接尋址方式；10/15/202238OPA尋址特征AEA主存EAA1EA A1主存 形式地址字段A為寄存器編號(hào)EA = Ri特點(diǎn)執(zhí)行階段不訪存，只訪問(wèn)寄存器，執(zhí)行速度快寄存器個(gè)數(shù)有限，可縮短指令字長(zhǎng)OPA (Ri)尋址特征操作數(shù)R0RiRn寄存器組寄存器尋址10/15/202239形式地址字段A為寄存器編號(hào)OPA (Ri)尋址特征操作數(shù)形式地址字段A用于指出存放有效地址的寄存器編號(hào)；EA = ( Ri )特點(diǎn)：執(zhí)行階段訪存；便于編制循環(huán)程序操作數(shù)主存OPA(Ri)尋址特征地址R0RiRn寄存器寄存器間接尋址10/15/202240形式地址字段A用于指出存放有效地址的

25、寄存器編號(hào)；操作數(shù)主存O偏移尋址直接尋址和寄存器間接尋址方式的結(jié)合有效地址EA=A+(R)A是顯式的形式地址字段；R可以是顯式的，也可以隱含的，某個(gè)專用的寄存器；常用的偏移尋址相對(duì)尋址：指令轉(zhuǎn)移時(shí)，常用相對(duì)尋址方式；EA=A+（PC）基址尋址：EA=(基址R)+A ，A+1A變址尋址：EA=A+(變址R) ，變址R+1變址ROPA操作數(shù)主存尋址特征ALUBR操作數(shù)主存尋址特征ALUOPR0AR0 作基址寄存器通用寄存器R0Rn-1R110/15/202241偏移尋址直接尋址和寄存器間接尋址方式的結(jié)合OPA操作數(shù)主存尋4.4.3尋址方式舉例 P118【例3】 一種二地址RS型指令的結(jié)構(gòu)如下所示：

26、通過(guò)I，X，D的組合，請(qǐng)寫(xiě)出下表所示的六種尋址方式的名稱。 OP通用寄存器間址標(biāo)志I尋址模式X偏移量D6位4位1位2位16位IX有效地址E的算法說(shuō)明尋址方式000E=D001E=(PC)+DPC位程序計(jì)數(shù)器010E=(R2)+DR2為變址寄存器111E=(R3)100E=(D)011E=(R1)+DR1為基址寄存器直接尋址相對(duì)尋址寄存器間接尋址間接尋址基址尋址變址尋址10/15/2022424.4.3尋址方式舉例 P118【例3】 OPP118 【例4】某16位機(jī)的指令格式和尋址方式如下所示，設(shè)該機(jī)有兩個(gè)20位基址寄存器，四個(gè)16位變址寄存器，十六個(gè)16位通用寄存器，指令格式中S(源)，D(目

27、標(biāo))指通用寄存器，M指主存單元。操作碼對(duì)應(yīng)機(jī)器碼：傳送指令MOV0AH、寫(xiě)數(shù)指令STO1BH、讀數(shù)指令LAD3CH。10/15/202243P118 【例4】某16位機(jī)的指令格式和尋址方式如下所示，第一種指令是單字長(zhǎng)二地址指令，RR型；第二種指令是雙字長(zhǎng)二地址指令，RS型，其中S采用基址尋址或變址尋址，R由源寄存器決定；第三種指令是雙字長(zhǎng)二地址指令，RS型，其中R由目標(biāo)寄存器決定，S由20位地址（直接尋址）決定。（1）分析三種指令的指令格式與尋址方式特點(diǎn)。10/15/202244第一種指令是單字長(zhǎng)二地址指令，RR型；（1）分析三種指令的指（2）CPU完成哪一種操作所花時(shí)間最短？哪一種操作所花時(shí)

28、間最長(zhǎng)？第二種指令的執(zhí)行時(shí)間有時(shí)會(huì)等于第三種指令的執(zhí)行時(shí)間嗎？第一種指令所花時(shí)間最短；是RR型指令，不需要訪問(wèn)存儲(chǔ)器。第二種指令所花時(shí)間最長(zhǎng)；RS型指令，需要訪問(wèn)存儲(chǔ)器，同時(shí)要進(jìn)行尋址方式的變換運(yùn)算（基址或變址），這也需要時(shí)間。第二種指令的執(zhí)行時(shí)間不會(huì)等于第三種指令第三種指令雖然也訪問(wèn)存儲(chǔ)器，但節(jié)省了求有效地址運(yùn)算的時(shí)間開(kāi)銷。10/15/202245（2）CPU完成哪一種操作所花時(shí)間最短？哪一種操作所花時(shí)間最(F0F1)H (3CD2)H指令代表LAD指令，編碼正確，其含義是把主存13CD2H 地址單元的內(nèi)容取至15號(hào)寄存器。(2856)H指令代表MOV指令，編碼正確，含義是把6號(hào)源寄存器的內(nèi)

29、容傳送至5號(hào)目標(biāo)寄存器。 (6FD6)H單字長(zhǎng)指令，一定是MOV指令，但編碼錯(cuò)誤，可改為2BD6H。(1C2)H單字長(zhǎng)指令，代表MOV指令，但編碼錯(cuò)誤，可改為28C2H。（3）下列情況下每個(gè)十六進(jìn)制指令字分別代表什么操作？其中如果有編碼不正確，如何改正才能成為合法指令？MOV001010，STO011011，LAD1111001111 00 00 1111 0001 0011 1100 1101 00100010 10 00 0101 0110 0110 11 11 1101 01100010 100001 11 00 1100 00100010 1010/15/202246(F0F1)H (

30、3CD2)H（3）下列情況下每個(gè)十六進(jìn)制指4.5 典型指令 4.5.1指令的分類（了解） 1. 數(shù)據(jù)傳送指令2. 算術(shù)運(yùn)算指令3. 邏輯運(yùn)算指令4. 程序控制指令5. 輸入輸出指令 6. 字符串處理指令7. 特權(quán)指令8. 其他指令 4.5.2基本指令系統(tǒng) （略）4.5.3精簡(jiǎn)指令系統(tǒng) （略）10/15/2022474.5 典型指令 4.5.1指令的分類（了解） 設(shè)某機(jī)字長(zhǎng)16位，直接尋址空間為128字，變址時(shí)的位移量為-64+63，16個(gè)通用寄存器都可以作為變址寄存器，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一套指令系統(tǒng)，滿足下列尋址類型的要求：（1）直接尋址的二地址指令3條；（2）變址尋址的一地址指令6條；（3）寄存器尋址的

31、二地址指令8條；（4）直接尋址的一地址指令12條；（5）零地址指令32條。本章綜合舉例110/15/202248 設(shè)某機(jī)字長(zhǎng)16位，直接尋址空間為128字，變址時(shí)的位指令分析（1/2）直接尋址的二地址指令3條：這3條指令的操作碼為00、01、10；變址尋址的一地址指令6條：這6條指令的操作碼為：11 000 11 101操作碼OP直接地址1直接地址27位操作碼OP變址寄存器偏移量7位2位7位4位5位10/15/202249指令分析（1/2）直接尋址的二地址指令3條：操作碼OP直接地指令分析（2/2）寄存器尋址的二地址指令8條：這8條指令的操作碼為11 110 000 11 110 111；直接

32、尋址的一地址指令12條：這12條指令的操作碼為：11 111 0000 11 111 1011零地址指令32條：這32條指令的操作碼為：11 111 1100 0000000 11 111 1100 0011111 操作碼OP寄存器1寄存器24位4位8位操作碼OP直接地址17位9位操作碼OP16位10/15/202250指令分析（2/2）寄存器尋址的二地址指令8條：操作碼OP寄存 某計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)線和地址線均是8根，有一條相對(duì)尋址的無(wú)條件轉(zhuǎn)移指令存于內(nèi)存的20H單元中，指令給出的偏移量是15H，設(shè)該指令占用2個(gè)字節(jié)，請(qǐng)計(jì)算：（1）取該條指令時(shí)PC的內(nèi)容。（2）該指令執(zhí)行結(jié)束時(shí)PC的內(nèi)容。解答：（1

33、）取指令時(shí)，PC的內(nèi)容為20H。（2）轉(zhuǎn)移地址=PC+2+D=20H+2+15H=37H 該條指令執(zhí)行結(jié)束時(shí)PC的內(nèi)容是37H。本章綜合舉例210/15/202251 某計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)線和地址線均是8根，有一條相對(duì)尋址的無(wú)條件轉(zhuǎn)本章綜合舉例3 某指令系統(tǒng)指令字長(zhǎng)為20位，具有雙操作數(shù)、單操作數(shù)和無(wú)操作數(shù)3中指令格式，每個(gè)操作數(shù)地址規(guī)定用6位表示，當(dāng)雙操作數(shù)指令條數(shù)取最大值，而且單操作數(shù)指令條數(shù)也取最大值時(shí)，這3種指令最多可能擁有的指令數(shù)各是多少？解：按操作碼擴(kuò)展技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)，雙操作數(shù)指令最多28-1條，單操作數(shù)指令最多63條，因此無(wú)操作數(shù)指令條數(shù)的最大值為64條。 00000000 XXXXXX X

34、XXXXX 11111110 XXXXXX XXXXXX 11111111 000000 XXXXXX 11111111 111110 XXXXXX 11111111 111111 000000 11111111 111111 111111 雙操作數(shù)255條 單操作數(shù)63條 零操作數(shù)64條10/15/202252本章綜合舉例3 某指令系統(tǒng)指令字長(zhǎng)為20位，具有雙操作數(shù)、某機(jī)器字長(zhǎng)為16位，主存容量是64K字，采用單字長(zhǎng)單地址指令，共有54條指令。試采用直接、立即、變址、相對(duì)四種尋址方式設(shè)計(jì)指令格式。解答：54條指令，故操作碼需要6位。因?yàn)樗姆N尋址方式，所以尋址特征位取2位，余下的8位作為形式地

35、址D。其指令格式為尋址模式X定義如下： X=00 直接尋址 有效地址E=D （256個(gè)單元） X=01 立即尋址 D=操作數(shù) X=10 變址尋址 有效地址E=（R）+D （64K） X=11 相對(duì)尋址 有效地址E=（PC）+D （64K） 其中R為變址寄存器（16位）、PC為程序計(jì)數(shù)器（16位）。相對(duì)尋址和變址尋址中，D可正可負(fù)。本章綜合舉例4 OP（6位）X（2位） D（8位）10/15/202253某機(jī)器字長(zhǎng)為16位，主存容量是64K字，采用單字長(zhǎng)單地址指令09年考研真題（1/2）16. 某機(jī)器字長(zhǎng)16位，主存按字節(jié)編址，轉(zhuǎn)移指令采用相對(duì)尋址，由兩個(gè)字節(jié)組成，第一字節(jié)為操作碼字段，第二字節(jié)

36、為相對(duì)位移量字段。 假定取指令時(shí)，每取一個(gè)字節(jié)PC自動(dòng)加1。若某轉(zhuǎn)移指令所在主存地址為2000H，相對(duì)位移量字段的內(nèi)容為06H，則該轉(zhuǎn)移指令成功轉(zhuǎn)以后的目標(biāo)地址是（ ） A.2006H B.2007H C.2008H D.2009H C10/15/20225409年考研真題（1/2）16. 某機(jī)器字長(zhǎng)16位，主存按字節(jié)09年考研真題（2/2）17.下列關(guān)于RISC的敘述中，錯(cuò)誤的是（ ） ARISC普遍采用微程序控制器 BRISC大多數(shù)指令在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成 CRISC的內(nèi)部通用寄存器數(shù)量相對(duì)CISC多 DRISC的指令數(shù)、尋址方式和指令格式種類相對(duì)CISC少A10/15/20225509年考研真題（2/2）17.下列關(guān)于