第七章 指令系統(tǒng)

第７章指令系統(tǒng)7.1機(jī)器指令7.2操作數(shù)類(lèi)型和操作類(lèi)型7.3尋址方式7.4指令格式舉例7.5RISC技術(shù)7.1機(jī)器指令一、指令系統(tǒng)及其發(fā)展一臺(tái)計(jì)算機(jī)所能執(zhí)行的全部機(jī)器指令的集合，稱為該機(jī)的指令系統(tǒng)。指令系統(tǒng)是程序員編制程序的基礎(chǔ)，用各種高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)的程序需通過(guò)編譯轉(zhuǎn)換為機(jī)器可以識(shí)別與執(zhí)行的指令序列。指令系統(tǒng)是表征一臺(tái)計(jì)算機(jī)性能的重要因素，其格式與功能不僅直接影響到機(jī)器的硬件結(jié)構(gòu)，也直接影響到系統(tǒng)軟件，影響到機(jī)器的適用范圍。指令系統(tǒng)的發(fā)展:50年代：指令系統(tǒng)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：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。60年代后期開(kāi)始出現(xiàn)系列計(jì)算機(jī)(指基本指令系統(tǒng)相同、基本體系結(jié)構(gòu)相同的一系列計(jì)算機(jī))70年代末：大多數(shù)計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)多達(dá)幾百條。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）二、指令的一般格式1.操作碼機(jī)器做什么(1)

長(zhǎng)度固定(2)

長(zhǎng)度可變用于指令字長(zhǎng)較長(zhǎng)的情況如IBM370操作碼8位操作碼分散在指令字的不同字段中機(jī)器對(duì)誰(shuí)操作（其長(zhǎng)度反映指令條數(shù)：28=256種操作）操作碼字段地址碼字段(3)擴(kuò)展操作碼技術(shù)操作碼的位數(shù)隨地址數(shù)的減少而增加OPA1A2A3000000011110…A1A1A1…A2A2A2…A3A3A3…A2A2A2…A3A3A3…111111111111…000000011110…111111111111…111111111111…111111111111…000000011111…111111111111…111111111111…A3A3A3…000000011110…4位操作碼8位操作碼12位操作碼16位操作碼15條三地址指令15條二地址指令15條一地址指令16條零地址指令例7.1假設(shè)計(jì)算機(jī)指令字長(zhǎng)16位，操作數(shù)的地址碼是6位，指令有零地址、一地址和二地址三種格式。(1)設(shè)操作碼固定，若零地址指令有P種，一地址指令有Q種，則二地址指令最多有幾種？(2)采用擴(kuò)展操作碼技術(shù)，若二地址指令有X種，零地址指令Y種，則一地址指令最多有幾種？分析(1)固定操作碼格式下，地址碼為6位，由二地址碼得操作碼為4位。因操作碼固定，由此所有的操作碼共24=16種指令，而零地址指令和一地址指令各占去P和Q種，則二地址指令有：16－P－QOPA1A2

66416(2)擴(kuò)展操作碼時(shí)，二地址指令每少一種則可多構(gòu)成26種一地址指令，一地址指令每少一種則可多構(gòu)成26種零地址指令。二地址指令最多有24

，而現(xiàn)有X種，則可構(gòu)成一地址指令最多有(24

－X)×26

設(shè)一地址指令有M種，則零地址指令有

[(24

－X)×26－M]×26

而現(xiàn)有零地址指令Y種，故有

Y=[(24

－X)×26－M]×26解之，得M=(24

－X)×26－Y×2－62.地址碼(1)四地址(2)三地址OPA1A2A3A486666A1

第一操作數(shù)地址A2

第二操作數(shù)地址A3

結(jié)果的地址A4

下一條指令地址若PC代替A4，則可以擴(kuò)大尋址范圍—3地址(A1)OP(A2)A38888OPA1A2A3(A1)OP(A2)A34次訪存(取數(shù)2、存數(shù)1、取指1)4次訪存尋址范圍

26=64尋址范圍

28=256若A3用A1或A2代替則可以擴(kuò)大尋址范圍—2地址設(shè)指令字長(zhǎng)為32位操作碼固定為8位(3)二地址OPA1A281212(A1)OP(A2)A1(A1)OP(A2)A2或4次訪存若ACC代替A1（或A2）則可以擴(kuò)大尋址范圍—1地址若結(jié)果存于ACC(4)一地址(5)零地址OPA1824無(wú)地址碼，指令不需要有操作數(shù)(ACC)OP(A1)ACC2次訪存尋址范圍212=4K尋址范圍224=16M

則3次訪存三、指令字長(zhǎng)指令字長(zhǎng)決定于操作碼的長(zhǎng)度指令字長(zhǎng)=存儲(chǔ)字長(zhǎng)2.指令字長(zhǎng)可變操作數(shù)地址的長(zhǎng)度操作數(shù)地址的個(gè)數(shù)1.指令字長(zhǎng)固定按字節(jié)的倍數(shù)變化小結(jié)：當(dāng)用一些硬件資源代替指令字中的地址碼字段后當(dāng)指令的地址字段為寄存器時(shí)，如：可擴(kuò)大指令的尋址范圍可縮短指令字長(zhǎng)可減少訪存次數(shù)三地址OPR1,

R2,R3二地址OPR1,R2

一地址OPR1

指令執(zhí)行階段不訪存可縮短指令字長(zhǎng)7.2操作數(shù)類(lèi)型和操作種類(lèi)一、操作數(shù)類(lèi)型地址數(shù)字字符邏輯數(shù)無(wú)符號(hào)整數(shù)定點(diǎn)數(shù)、浮點(diǎn)數(shù)、十進(jìn)制數(shù)ASCII、BCD邏輯運(yùn)算二、數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)器中的存放方式字地址

為

低字節(jié)

地址字地址

為

高字節(jié)

地址37621540字地址04低字節(jié)04512673字地址04低字節(jié)1、兩種字地址（門(mén)牌號(hào)）表示法：地址（十進(jìn)制）

04812162024283236雙字雙字（地址32）雙字雙字（地址24）半字（地址20）半字（地址22）半字（地址16）半字（地址18）字節(jié)（地址8）字節(jié)（地址9）字節(jié)（地址10）字節(jié)（地址11）字（地址4）字（地址0）字節(jié)（地址14）字節(jié)（地址15）字節(jié)（地址13）字節(jié)（地址12）（1）邊界對(duì)準(zhǔn)地址（十進(jìn)制）048字節(jié)(地址7)字節(jié)(地址6)字(地址2)半字(地址10)半字(地址8)半字(地址0)字(地址4)（2）邊界未對(duì)準(zhǔn)2、存儲(chǔ)器中數(shù)據(jù)存放兩種方式：（存儲(chǔ)字長(zhǎng)32為例）三、操作類(lèi)型1.

數(shù)據(jù)傳送源目的寄存器寄存器寄存器寄存器存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器置“1”，清“0”2.算術(shù)邏輯操作加、減、乘、除、增1、減1、求補(bǔ)、浮點(diǎn)運(yùn)算、十進(jìn)制運(yùn)算與、或、非、異或、位操作、位測(cè)試、位清除、位求反如8086MOVESTORELOADMOVEPUSHPOP例如MOVEMOVEADDSUBMULDIVINCDECCMPNEGAAAAASAAMAADANDORNOTXORTEST3.移位操作算術(shù)移位4.轉(zhuǎn)移(1)無(wú)條件轉(zhuǎn)移JMP(2)條件轉(zhuǎn)移結(jié)果為零轉(zhuǎn)（Z=1）

JZ結(jié)果溢出轉(zhuǎn)（O=1）JO結(jié)果有進(jìn)位轉(zhuǎn)（C=1）JC跳過(guò)一條指令SKP循環(huán)移位（帶進(jìn)位和不帶進(jìn)位）如300…305306307SKPDZD=0則跳邏輯移位完成觸發(fā)器(3)調(diào)用和返回CALLSUB1.........CALLSUB2…...CALLSUB2…RETURNRETURN......主程序地址200021002101子程序SUB1240025002501256025612700主存空間分配程序執(zhí)行流程子程序SUB2注解：子程序可以多處被調(diào)用允許嵌套CALL-RETURN配套用返回地址存于R、入口、棧頂INAX,nOUTDX,ALOUTn,AXOUTDX,AX(4)陷阱（Trap）與陷阱指令：意外事故的中斷設(shè)置供用戶使用的陷阱指令如8086INTTYPE軟中斷提供給用戶使用的陷阱指令，完成系統(tǒng)調(diào)用5.輸入輸出一般不提供給用戶直接使用

在出現(xiàn)事故時(shí)，由CPU自動(dòng)產(chǎn)生并執(zhí)行（隱指令）INAL,DXINAX,DX入:端口地址CPU的寄存器出:CPU的寄存器端口地址如:如:INAL,nOUTn,AL6.其它：WAITSTOPNOPSET……7.3尋址方式一、指令尋址順序(PC)+1PC跳躍由轉(zhuǎn)移指令指出LDA1000ADD1001DEC1200JMP7LDA2000SUB2001INCSTA2500LDA1100...0123456789PC+1指令地址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?二、數(shù)據(jù)尋址

形式地址指令字中的地址，A有效地址操作數(shù)的真實(shí)地址，EA下面約定：

指令字長(zhǎng)=存儲(chǔ)字長(zhǎng)=機(jī)器字長(zhǎng)1.立即尋址

指令執(zhí)行階段不訪存，取出指令就獲得操作數(shù)

A的位數(shù)限制了立即數(shù)的范圍形式地址A操作碼尋址特征OP#A立即尋址特征立即數(shù)可正可負(fù)（補(bǔ)碼）形式地址A就是操作數(shù)尋址特征各種尋址標(biāo)志，如101表示直接尋址2.直接尋址EA=A操作數(shù)主存尋址特征LDAAAACC不需要專(zhuān)門(mén)計(jì)算操作數(shù)地址

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）形式地址就是有效地址，形式地址的數(shù)就是操作數(shù)執(zhí)行階段訪問(wèn)一次存儲(chǔ)器3.隱含尋址操作數(shù)地址隱含在操作碼中ADDA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中如8086MUL指令被乘數(shù)隱含在AX（16位）或AL（8位）中MOVS指令源操作數(shù)的地址隱含在SI中目的操作數(shù)的地址隱含在DI中指令字中少了一個(gè)地址字段，可縮短指令字長(zhǎng)4.間接尋址EA=（A）形式地址內(nèi)的數(shù)是操作數(shù)的有效地址OPA尋址特征AEA主存EAA1EAA1主存EA10執(zhí)行指令階段2次訪存可擴(kuò)大尋址范圍便于編制程序OPA尋址特征A一次間址多次間址操作數(shù)操作數(shù)多次訪存

………子程序主程序…8081201202轉(zhuǎn)子程序轉(zhuǎn)子程序間接尋址編程舉例：(A)=81(A)=202……@

間址特征JMP@A…

……………

…………5.寄存器尋址EA=Ri執(zhí)行階段不訪存，只訪問(wèn)寄存器，執(zhí)行速度快OPRi尋址特征寄存器個(gè)數(shù)有限，可縮短指令字長(zhǎng)操作數(shù)………………R0RiRn寄存器有效地址即為寄存器編號(hào)，操作數(shù)在該寄存器中。EA=(Ri

)6.寄存器間接尋址

有效地址在寄存器中，操作數(shù)在存儲(chǔ)器中，執(zhí)行階段訪存操作數(shù)主存OPRi尋址特征

便于編制循環(huán)程序地址………………R0RiRn寄存器寄存器中僅是操作數(shù)的有效地址7.基址尋址(1)采用專(zhuān)用寄存器作基址寄存器EA=(BR)+ABR為基址寄存器隱式OPA操作數(shù)主存尋址特征ALUBR

可擴(kuò)大尋址范圍

便于程序搬家

BR內(nèi)容由操作系統(tǒng)或管理程序確定

在程序的執(zhí)行過(guò)程中BR內(nèi)容不變，形式地址A可變EA(2)

采用通用寄存器作基址寄存器操作數(shù)主存尋址特征ALUOPR0AR0

作基址寄存器顯式由用戶指定哪個(gè)通用寄存器作為基址寄存器通用寄存器R0Rn-1R1…基址寄存器的內(nèi)容由操作系統(tǒng)確定在程序的執(zhí)行過(guò)程中R0內(nèi)容不變，形式地址A可變EA8.變址尋址EA=(IX)+AOPA操作數(shù)主存尋址特征ALUIX可擴(kuò)大尋址范圍便于處理數(shù)組問(wèn)題

IX的內(nèi)容由用戶給定IX為變址寄存器（專(zhuān)用）在程序的執(zhí)行過(guò)程中IX內(nèi)容可變，形式地址A不變通用寄存器也可以作為變址寄存器EA例設(shè)數(shù)據(jù)塊首地址為D，求N

個(gè)數(shù)的平均值直接尋址變址尋址LDADADDD+1ADDD+2……ADDD+(N-1)DIV#NSTAANSLDA#0LDX#0INXCPX#NBNEMDIV#NSTAANS共N+2

條指令共8條指令A(yù)DDX,DMX為變址寄存器D為形式地址(X)和#N

比較(X)+1X結(jié)果不為零則轉(zhuǎn)9.相對(duì)尋址EA=(PC)+AA是相對(duì)于當(dāng)前指令的位移量（可正可負(fù)，補(bǔ)碼）

A的位數(shù)決定操作數(shù)的尋址范圍程序浮動(dòng)

廣泛用于轉(zhuǎn)移指令操作數(shù)尋址特征ALUOPA相對(duì)距離A1000PC……主存1000AOPEA

(1)相對(duì)尋址舉例M

隨程序所在存儲(chǔ)空間的位置不同而不同EA=(M+3)–3=M–3*LDA#0LDX#0ADDX,DINXCPX#NBNEMDIV#NSTAANSMM+1M+2M+3而指令BNE與

指令A(yù)DDX,D相對(duì)位移量不變–3*指令BNE操作數(shù)的有效地址為–3*

相對(duì)尋址特征*(2)按字節(jié)尋址的相對(duì)尋址舉例OP位移量2000H2008H8JMP*+8OP06H2000H2008H8設(shè)當(dāng)前指令地址PC=2000H轉(zhuǎn)移后的目的地址為

2008H因?yàn)槿〕鯦MP

*+8

后PC=2002H二字節(jié)指令故JMP

*+8

指令的第二字節(jié)為2008H-2002H=6H例7.2設(shè)相對(duì)尋址的轉(zhuǎn)移指令占3個(gè)字節(jié)，第一個(gè)字節(jié)為操作碼，第二、三個(gè)字節(jié)為相對(duì)位移量(補(bǔ)碼表示)，數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)器中采用低字節(jié)為字地址的存放方式，每當(dāng)CPU從存儲(chǔ)器取出一個(gè)字節(jié)時(shí)，即自動(dòng)完成(PC)＋1→PC。(1)若PC當(dāng)前值為240D，要求轉(zhuǎn)移到290D，則轉(zhuǎn)移指令的第二、三個(gè)字節(jié)的機(jī)器代碼是什么？(2)若PC當(dāng)前值為240D，要求轉(zhuǎn)移到200D，則轉(zhuǎn)移指令的第二、三個(gè)字節(jié)的機(jī)器代碼是什么？(1)PC當(dāng)前的值為240，當(dāng)取出指令(指令占3個(gè)字節(jié))后，PC=243。要求轉(zhuǎn)移到290，則相對(duì)位移量為290－243=47D=2FH。因數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)器采用低字節(jié)地址為字地址，故位移量在存儲(chǔ)器中為2FH，00H，即為指令的第二、三個(gè)字節(jié)的內(nèi)容。(2)PC當(dāng)前的值為240，當(dāng)取出指令(指令占3個(gè)字節(jié))后，PC=243。要求轉(zhuǎn)移到200，則相對(duì)位移量為200－243=－43D=D5H。因數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)器采用低字節(jié)地址為字地址，故位移量在存儲(chǔ)器中為D5H，F(xiàn)FH，即為指令的第二、三個(gè)字節(jié)的內(nèi)容。10.堆棧尋址(1)堆棧的特點(diǎn)堆棧硬堆棧軟堆棧多個(gè)寄存器形成一個(gè)堆棧指定的一段連續(xù)存儲(chǔ)空間先進(jìn)后出（一個(gè)入出口）棧頂?shù)刂?/p>

由SP

指出–11FFFH

+12000H進(jìn)棧（SP）–1SP出棧（SP）+1SP棧頂棧底2000HSP2000H……1FFFHSP1FFFH棧頂棧底進(jìn)棧出棧

1FFFH棧頂

2000H棧頂(2)堆棧尋址舉例15200HACCSPX棧頂200H棧底主存151FFHACCSP15棧頂200H棧底主存X1FFHPUSHA前PUSHA后POPA前POPA后Y1FFHACCSPX棧頂200H棧底主存151FFH15200HACCSP棧頂200H棧底主存X15例7.3一條雙字長(zhǎng)直接尋址的子程序調(diào)用指令，其第一個(gè)字為操作碼和尋址特征，第二個(gè)字為地址碼5000H。假設(shè)PC當(dāng)前值為2000H，SP的內(nèi)容為0100H，棧頂內(nèi)容為2746H，存儲(chǔ)器按字節(jié)編址，而且進(jìn)棧操作時(shí)執(zhí)行（SP）-△-P，后存入數(shù)據(jù)。試回答下列幾種情況下，PC、SP及棧頂內(nèi)容各為多少？

（1）CALL指令被讀取前。

（2）CALL指令被執(zhí)行后。

（3）子程序返回后。

解CALL指令被讀取前，PC=2000H，SP=0100H，棧頂內(nèi)容為2746H。

（1）CALL指令被執(zhí)行后，由于存儲(chǔ)器按字節(jié)編制，CALL指令供占4個(gè)字節(jié)，故程序斷點(diǎn)2004H進(jìn)棧，此時(shí)SP=（SP）-2=00FEH，棧頂內(nèi)容為2004H，PC被更新為子程序入口地址5000H。

（2）子程序返回后，程序斷點(diǎn)出棧，PC=2004H，SP被修改為0100H，棧頂內(nèi)容為2746H。

(3)SP的修改與主存編址方法有關(guān)①按字

編址進(jìn)棧出棧（SP）–

1SP（SP）+

1SP②按字節(jié)

編址存儲(chǔ)字長(zhǎng)16位進(jìn)棧出棧（SP）–2SP（SP）+2SP存儲(chǔ)字長(zhǎng)32位進(jìn)棧出棧（SP）–

4SP（SP）+4SP7.4指令格式舉例一、設(shè)計(jì)指令格式時(shí)應(yīng)考慮的各種因素1.指令系統(tǒng)的兼容性（向上兼容）2.其他因素操作類(lèi)型數(shù)據(jù)類(lèi)型指令格式包括指令個(gè)數(shù)及操作的難易程度指令字長(zhǎng)、操作碼位數(shù)尋址方式寄存器個(gè)數(shù)地址碼位數(shù)、地址個(gè)數(shù)尋址方式、是否采用擴(kuò)展操作碼二、指令格式舉例1.PDP–8指令字長(zhǎng)固定12位操作碼間

頁(yè)地址碼訪存類(lèi)指令0235411寄存器類(lèi)指令

111輔助操作碼02311I/O類(lèi)指令

110設(shè)備操作碼0231198000-1011965年,美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司推出第一臺(tái)小型機(jī)2.PDP–11源地址OP4661616目的地址存儲(chǔ)器地址1存儲(chǔ)器地址2OP10616目的地址存儲(chǔ)器地址目的地址466源地址OP

106目的地址OP–CODE16OP–CODE指令字長(zhǎng)有16位、32位、48位三種零地址(16位)一地址(16位)二地址RR(16位)二地址RM(32位)二地址MM(48位)擴(kuò)展操作碼技術(shù)PDP系列機(jī)型頂峰3.IBM360OPR1R2

RR格式844OPR1XBD

RX格式844412OPR1R3BD

RS格式844412OPBDI

SI格式88412OPB1D1LB2D2

SS格式88412412二地址RR基址加變址尋址二地址RM三地址RM基址尋址二地址MM基址尋址基址尋址立即數(shù)M第一種采用集成電路(小規(guī)模)芯片的主流機(jī)型4.Intel8086(1)指令字長(zhǎng)(2)地址格式1~6個(gè)字節(jié)MOVWORDPTR[0204],0138H6字節(jié)INCAX1字節(jié)一地址NOP1字節(jié)CALL段內(nèi)調(diào)用

3字節(jié)零地址

5字節(jié)段間調(diào)用寄存器—寄存器寄存器—立即數(shù)寄存器—存儲(chǔ)器ADDAX，BX2字節(jié)ADDAX，[3048H]4字節(jié)ADDAX，3048H

3字節(jié)二地址CALL三、指令格式設(shè)計(jì)舉例例7.4

某機(jī)器字長(zhǎng)為16位，存儲(chǔ)器直接尋址空間為128字，變址時(shí)的位移量為－64-＋63，16個(gè)通用寄存器均可作為變址寄存器。設(shè)計(jì)一套指令系統(tǒng)格式，滿足下列尋址類(lèi)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。問(wèn)：還有多少種代碼未用？若安排寄存器尋址的一地址指令，還能容納多少條？解：(1)直接尋址的二地址指令中，尋址空間為128字，則需要的地址位為7位；二地址指令的格式OPA1A2

77216操作碼為：00、01、10、11此在指令有3條，故可將OP=11作為下一種指令格式的操作碼擴(kuò)展用。(2)變址尋址的一地址指令6條，變址時(shí)的位移量為－64-＋63，則需占用7位；變址尋址要用到寄存器，可用者為16個(gè)，則寄存器的編號(hào)需占4位。則變址尋址的一地址指令的格式為：OPRxA2

47516前面已用2位OP，余下編碼11作為擴(kuò)展用，現(xiàn)增加3位OP，其編碼為11

000-11

111，即最多有23=8條指令，但只需6條，故可11110和11111作為下一種指令進(jìn)行擴(kuò)展用。(3)寄存器尋址的二地址指令中，二地址為寄存器的編號(hào)，各占4位，此類(lèi)指令的格式為：OPRx1Rx2

44816前一類(lèi)指令OP為5位，其中11110和11111作為擴(kuò)展用，現(xiàn)增加3位OP，即最多有2×23=16條指令，但現(xiàn)只需8條。11110000…11110

11111111000…11111

111可將最末的8個(gè)編碼作為下一類(lèi)指令擴(kuò)展用。(4)直接尋址的一地址指令中，尋址空間為128字，則需要的地址位為7位；此一地址指令的格式OPA1

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916此類(lèi)指令的OP為9位，前一類(lèi)指令OP為8位，其中有8個(gè)編碼作為擴(kuò)展用，現(xiàn)增加1位OP，即最多有8×21=16條指令，但現(xiàn)只需12條。111110000…11111111

1可將最末的4個(gè)編碼作為下一類(lèi)指令擴(kuò)展用。(5)零地址指令是16位均為操作碼，比上一類(lèi)指令多出7位，而上一類(lèi)指令余下有4個(gè)編碼，則零地址指令最多有4×27=29=512種現(xiàn)只用了32條，余512－32=480條。前一類(lèi)指令余下的4個(gè)編碼為：1111111001111111011111111101111111111111111000000000…111111100001111132條零地址指令的編碼為：其中最末4位用于寄存器的編碼，則用于操作碼的編碼為00010~11111，共30個(gè)編碼。11111110001

00000…11111111111

11111OPRx141216若安排寄存器尋址的一地址指令因余下的480個(gè)編碼為例7.5設(shè)某機(jī)配有基址寄存器和變址寄存器，采用一地址格式的指令系統(tǒng)，允許直接和間接尋址，且指令字長(zhǎng)、機(jī)器字長(zhǎng)和存儲(chǔ)字長(zhǎng)均為16位。(1)若采用單字長(zhǎng)指令，共能完成105種操作，則指令可直接尋址的范圍為多少？一次間接尋址的尋址范圍是多少？畫(huà)出其指令格式并說(shuō)明各字段的含義。(2)若存儲(chǔ)字長(zhǎng)不變，可采用什么方法直接訪問(wèn)容量為16MB的主存？解：(1)單字長(zhǎng)指令能完成105種操作，則OP需7位進(jìn)行編碼。因要進(jìn)行直接和間接尋址，設(shè)置有基址寄存器和變址寄存器，故需2位尋址特征位，則指令格式如下：OPMA1

27716因地址編碼占7位，故可直接尋址的范圍是27=128一次間接尋址的地址在寄存器或存儲(chǔ)單元中，其字長(zhǎng)均為16位，故可尋址的范圍是216=65536(2)因該機(jī)字長(zhǎng)為16位=2B，主存容量為16MB=8M字=223字，需要的地址編碼位數(shù)為23位，存儲(chǔ)字長(zhǎng)不變的情況下，可采用雙字長(zhǎng)指令，其格式為：第二個(gè)字為形式地址，此時(shí)，用于尋址的地址編碼長(zhǎng)7＋16=23位，即可訪問(wèn)16MB的主存。OPMA1

27716A2例7.6某模型機(jī)共有64種操作，操作碼位數(shù)固定，且具有以下特點(diǎn)：(1)采用一地址或二地址格式。(2)有寄存器尋址、直接尋址和相對(duì)尋址(位移量為－128~＋127)三種尋址方式。(3)有16個(gè)通用寄存器，算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算均在寄存器中，結(jié)果也在寄存器中。(4)取數(shù)/存數(shù)指令在通用寄存器和存儲(chǔ)器之間傳送數(shù)據(jù)。(5)存儲(chǔ)容量為1MB，按字節(jié)編址。要求設(shè)計(jì)算術(shù)邏輯指令、取數(shù)/存數(shù)指令和相對(duì)轉(zhuǎn)移指令的格式，并簡(jiǎn)述理由。解：有三種尋址方式，需2位作為尋址特征位。16個(gè)通用寄存器需4位編碼。(1)算術(shù)邏輯運(yùn)算指令采用寄存器—寄存器的方式。取單字長(zhǎng)，其格式為OPM

Ri24616Rj4其中操作碼OP為6位；M為尋址特征位，占2位，可表示三種尋址方式；參與運(yùn)算的寄存器的編碼各占4位。(2)取數(shù)/存數(shù)指令為寄存器與存儲(chǔ)器之間的數(shù)據(jù)傳送，要訪問(wèn)1MB的存儲(chǔ)器，需要的地址編碼位數(shù)為20位，而模型機(jī)采用固定操作碼，OP長(zhǎng)為6位，需取雙字長(zhǎng)，即32位。指令格式為：OPM

Ri24616A14A2其中操作碼OP為6位；M為尋址特征位，占2位，可表示三種尋址方式；傳數(shù)的寄存器的編碼占4位，用于尋址的地址編碼位數(shù)為4＋16=20位，能尋址1MB的存儲(chǔ)空間。(3)相對(duì)轉(zhuǎn)移指令為一地址格式，因相對(duì)轉(zhuǎn)移量為－128-＋127，需8位編碼。指令格式為：OPMA28616其中操作碼OP為6位；M為尋址特征位，占2位，可表示三種尋址方式；位移量占8位。例7.7設(shè)某機(jī)共能完成110種操作，CPU有8個(gè)通用寄存器(16位)，主存容量為4M字，采用寄存器—存儲(chǔ)器型指令。(1)欲使指令可直接訪問(wèn)主存的任一地址，指令字長(zhǎng)應(yīng)取多少位？畫(huà)出指令格式。(2)