指令系统的功能设计.doc

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1、2.4指令系统的功能设计完整性、规整性、高效率和兼容性等2.4.1基本指令系统通用计算机系统的5类基本指令1、数据传送类指令，·由如下三个主要因素决定：(1)数据存储设备的种类(2)数据单位：字、字节、位、数据块等(3)采用的寻址方式·指令种类(以字为传送单位，不考虑寻址方式等)：通用寄存器à通用寄存器通用寄存器à主存储器通用寄存器à堆栈主存储器à通用寄存器主存储器à主存储器主存储器à堆栈堆栈à通用寄存器堆栈à主存储器2、运算类指令·考虑四个因数的组合：(1)操作种类：加、减、乘、除、与、或、非、异或、比较、移位、检索、转换、匹配、清除、置位等(2)数据表示：定点、浮点、逻辑、十进制

2、、字符串、定点向量等(3)数据长度：字、双字、半字、字节、位、数据块等(4)数据存储设备：通用寄存器、主存储器、堆栈等·以加法指令为例，一般应设置如下几种：寄存器-寄存器型的定点单字长加法指令寄存器-寄存器型的定点双字长加法指令寄存器-寄存器型的定点半字加法指令寄存器-寄存器型的字节加法指令寄存器-寄存器型的浮点单字长加法指令寄存器-寄存器型的浮点双字长加法指令寄存器-寄存器型的单字长逻辑加法指令，寄存器-寄存器型的定点向量加法指令寄存器-寄存器型的浮点向量加法指令·对于移位指令，要组合以下三个因素：(1)移位方向：左移(L)、右移(R)(2)移位种类：算术移位(A)、逻辑移位(L)

3、、循环移位(R)(3)移位长度：单字长(S)、双字长(D)组合起来：3×2×2＝12种，因逻辑左移与算术左移相同，移位指令应该有10种，分别是：SLAS单字长算术左移SRAS单字长算术右移SLLS(SRLS)单字长逻辑左移，或单字长算术左移SLRS单字长循环左移SRRS单字长循环右移SLAD双字长算术左移SRAD双字长算术右移SLLD(SRLD)双字长逻辑左移，或双字长算术左移SLRD双字长循环左移SRRD双字长循环右移·位操作指令：置位、清位、位测试、找位等·字符串指令：比较、查找、匹配、转换等3、程序控制指令·主要包括三类：转移指令、调用和返回指令、循环控制指令转移条件主要有：零

4、(Z)、正负(N)、进位©、溢出(V)及它们的组合·主要条件转移指令有：BEQ等于零转移BNEQ不等于零转移BLS小于转移BGT大于转移BLEQ小于等于转移，或不大于转移BGEQ大于等于转移，或不小于转移BLSU不带符号小于转移BGTU不带符号大于转移BLEQU不带符号小于等于转移，或不带符号不大于转移BGEQU不带符号大于等于转移，或不带符号不小于转移BCC没有进位转移BCS有进位转移BVC没有溢出转移BVS有溢出转移·程序调用和返回指令：CALL转入子程序RETURN从子程序返回本身可以带有条件，中断控制指令：开中断、关中断、改变屏蔽、中断返回、自陷等4、输入输出指令·主要有：启

5、动、停止、测试、控制设备，数据输入、输出操作等采用单一的直接寻址方式，·在多用户或多任务环境下，输入输出指令属于特权指令·也可以不设置输入输出指令输入输出设备与主存储器共用同一个零地址空间5、处理机控制和调试指令·处理机状态切换指令处理机至少有两个或两个以上状态·硬件和软件的调试指令硬件调试指令：钥匙位置、开关状态的读取，寄存器和主存单元的显示等软件调试指令：断点的设置、跟踪，自陷井指令等2.4.2指令系统性能·完整性是指应该具备的基本指令种类，通用计算机的5类基本指令·规整性包括对称性和均匀性对称性：所有寄存器头等对待操作码的设置等都要对称，如：A－B与B－A均匀性：不同的数据类型

6、、字长、存储设备、操作种类要设置相同的指令·高效率：指令的执行速度要快指令的使用频度要高各类指令之间要有一定的比例·兼容性：在同一系列机内指令系统不变（可以适当增加）2.4.3指令系统的优化设计指令系统的优化设计有两个截然相反的方向：1．复杂指令系统计算机CISC（ComplexInstructionSetComputer）增强指令功能，设置功能复杂的指令面向目标代码、面向高级语言、面向操作系统用一条指令代替一串指令2．精简指令系统计算机RISC（ReducedInstructionSetComputer）简化指令功能，只保留功能简单的指令较复杂的功能用子程序来实现2.5精简指令系统

7、计算机RISC2.5.1从CISC到RISC2.5.2RISC的定义与特点2.5.3RISC的精华2.5.4RISC的关键技术2.5.5RISC优化编译技术2.5.1从CISC到RISC·70年代，指令系统已经非常庞大，指令功能相当复杂。机型（生产年代）IBM370/168（1973）VAX-11（1978）iAPX432（1982）Dorado（1978）指令种类208303222270微程序容量420K480K64K136K指令长度16-4816-45