第7章 指令系統(tǒng) 第1次課

中央處理器CPUI/O總線M總線主存儲器

M.MI/O接口

外部設(shè)備1

外部設(shè)備2……I/O接口I/O接口

外部設(shè)備n中央處理器CPU運算器控制器控制器如何實現(xiàn)對計算機的控制？你是如何使用計算機的？程序員使用機器語言告訴計算機做什么？如何做？計算機執(zhí)行指令實現(xiàn)用戶所需的功能。把計算機能夠執(zhí)行的全部指令的集合稱為指令系統(tǒng)。機器的指令系統(tǒng)集中反映了機器的功能。作為計算機的設(shè)計者，應(yīng)主要研究如何確定機器的指令系統(tǒng)，如何用硬件電路、芯片、設(shè)備來實現(xiàn)機器指令系統(tǒng)的功能。第七章指令系統(tǒng)7.1機器指令☆7.2操作數(shù)類型和操作類型☆7.3尋址方式★7.4指令格式舉例7.5RISC技術(shù)Intel系列CPU的發(fā)展CPU依靠指令來計算和控制系統(tǒng)，每款CPU在設(shè)計時就規(guī)定了一系列與其硬件電路相配合的指令系統(tǒng)，指令集的強弱也是CPU的重要指標之一。7.1機器指令一、指令的一般格式操作碼字段

地址碼字段1.操作碼反映機器做什么操作(1)長度固定(2)長度可變便于硬件設(shè)計，指令譯碼時間短用于指令字長較長的情況，RISC如IBM370，操作碼8位操作碼分散在指令字的不同字段中壓縮了操作碼的平均長度，但增加了指令譯碼難度和控制器的設(shè)計的復(fù)雜度(3)擴展操作碼技術(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7.12.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(A1)OP(A2)A38888OPA1A2A3(A1)OP(A2)A34次訪存4次訪存尋址范圍26=64尋址范圍28=256若A3用A1或A2代替7.1設(shè)指令字長為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）若結(jié)果存于ACC(4)一地址(5)零地址OPA1824無地址碼(ACC)OP(A1)ACC2次訪存尋址范圍212=4K尋址范圍224=16M3次訪存7.1二、指令字長指令字長決定于操作碼的長度指令字長=存儲字長2.指令字長可變操作數(shù)地址的長度操作數(shù)地址的個數(shù)1.指令字長固定按字節(jié)的倍數(shù)變化7.1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可擴大指令的尋址范圍可縮短指令字長可減少訪存次數(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7.17.2操作數(shù)類型和操作種類一、操作數(shù)類型地址數(shù)字字符邏輯數(shù)無符號整數(shù)定點數(shù)、浮點數(shù)、十進制數(shù)ASCII邏輯運算二、數(shù)據(jù)在存儲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)存儲器中的數(shù)據(jù)存放（存儲字長為

32

位）地址（十進制）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）邊界對準地址（十進制）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)邊界未對準

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7.2三、操作類型1.

數(shù)據(jù)傳送源目的寄存器寄存器寄存器寄存器存儲器存儲器存儲器存儲器置“1”，清“0”2.算術(shù)邏輯操作加、減、乘、除、增1、減1、求補、浮點運算、十進制運算與、或、非、異或、位操作、位測試、位清除、位求反如8086MOVESTORELOADMOVEPUSHPOP例如MOVEMOVE7.2ADDSUBMULDIVINCDECCMPNEGAAAAASAAMAADANDORNOTXORTEST3.移位操作算術(shù)移位4.轉(zhuǎn)移(1)無條件轉(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)果有進位轉(zhuǎn)（C=1）JC跳過一條指令SKP循環(huán)移位（帶進位和不帶進位）如300…305306307SKPDZD=0則跳邏輯移位完成觸發(fā)器7.2(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SUB27.2INAX,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，由CPU自動產(chǎn)生并執(zhí)行（隱指令）INAL