计算机组成原理 [袁春风]chap5

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1、第5章指令系统南京大学计算机系多媒体技术研究所袁春风1第5章指令系统Æ机器指令特征Æ操作数类型和存储方式Æ操作类型Æ汇编语言Æ地址码编码(寻址方式)Æ操作码编码Æ指令集的设计Æ指令格式举例2南京大学计算机系多媒体技术研究所袁春风指令系统的位置指令系统处在软件和硬件交界面上，能同时被硬件设计者和系统程序员看到。从设计者角度看，指令系统为CPU提供了功能需求；从系统程序员角度来看，指令系统提供的功能就是他所能使用的全部功能。3南京大学计算机系多媒体技术研究所袁春风5.1机器指令特征1.一条指令须包含的信息一条指令必须明显或隐含地包含

2、以下信息：z操作码：指定操作类型(操作码长度：固定／可变)z源操作数参照：一个或多个源操作数所在的地址(操作数来源：主(虚)存/寄存器/I/O端口/指令本身）z结果值参照：产生的结果存放何处(结果地址：主(虚)存/寄存器/I/O端口)z下一条指令地址：下条指令存放何处(下条指令地址：主(虚)存)(正常情况隐含在PC中，改变顺序时由指令给出）4南京大学计算机系多媒体技术研究所袁春风5.1机器指令特征2.地址码字段的个数据上述分析知,一条指令包含１个操作码和多个地址码z零地址指令(1)无需操作数　如：空操作／停机等(2)所需操作数为

3、默认的　如：堆栈／累加器等形式：OPz一地址指令其地址既是操作数的地址，也是结果的地址(1)单目运算　如：取反／取负等(2)另一操作数为默认的　如：累加器等形式：OPA15南京大学计算机系多媒体技术研究所袁春风5.1机器指令特征2.地址码字段的个数(续)据上述分析知,一条指令包含１个操作码和多个地址码z二地址指令（最常用）分别存放双目运算中两个操作数，并将其中一个地址作为结果的地址。形式：OPA1A2z三地址指令分别作为双目运算中两个源操作数的地址和一个结果的地址。形式：OPA1A2A3z多地址指令大中型机中用于成批数据处理的指

4、令,如:向量/矩阵等6南京大学计算机系多媒体技术研究所袁春风5.1机器指令特征3指令格式指令格式的选择应遵循的几条基本原则：z应尽量短z要有足够的操作码位数z指令字长应是字节的整数倍z合理地选择地址字段的个数与指令集设计相关的重要方面z操作码的全部组成：操作码个数/种类/复杂度z数据类型：对哪几种数据类型完成操作z指令格式：指令长度/地址码个数/各字段长度z寄存器：寄存器的个数/功能/长度z寻址方式：操作数地址的指定方式7南京大学计算机系多媒体技术研究所袁春风5.2操作数类型和存储方式操作数是指令处理的对象，其基本类型有：z地址

5、被看成无符号整数，用来参加运算以确定主(虚)存地址z数值数据定点数(整数)：一般用二进制补码表示浮点数(实数)：大多数机器采用IEEE754标准十进制数：一般用NBCD码表示，压缩/非压缩z字符串用来表示文本、声音和图象等z逻辑(布尔)数据按位操作（0-假／1-真）Pentium的数据类型8南京大学计算机系多媒体技术研究所袁春风Pentium处理器数据类型Æ基本类型：–字节、字(16位)、双字(32位)、四字(64位)Æ整数：–16位、32位、64位三种2补码表示的整数–18位压缩BCD码表示的十进制整数Æ序数：–字节、字或双字

6、长无符号整数Æ近指针：–表示段内偏移的32位有效地址。用于不分段存储器的所有指针和分段存储器的段内访问。Æ位串：最长为232-1位Æ浮点数：IEEE7549南京大学计算机系多媒体技术研究所袁春风Pentium处理器整数类型10南京大学计算机系多媒体技术研究所袁春风Pentium处理器浮点数11南京大学计算机系多媒体技术研究所袁春风5.2操作数类型和存储方式操作数存储方式----字节排序当一个数据元素的位数超过一个字节和一个字的宽度时，这个数据就要存储在相邻的位置上。根据是向高(大)端放还是向低(小)端放，可有两种存储方式。z大端

7、方式(BigEndian)将最低字节存储在最大(高)地址位置上例如：若数据元素“12345678”的地址为10，则：各数据存放位置为：1011121312345678z小端方式(LittleEndian)将最低字节存储在最小(低)地址位置上如上例，其各数据的存放位置为：101112137856341212南京大学计算机系多媒体技术研究所袁春风5.2操作数类型和存储方式ÆIntel80x86是小端次序机器ÆIBMS/370、Motorola的680x0和大多数RISC机器采用的是大端次序方式。Æ在不同的机器间进行存储数据的传输时，

8、可能要变换字节顺序。13南京大学计算机系多媒体技术研究所袁春风字节交换问题14南京大学计算机系多媒体技术研究所袁春风5.2操作数类型和存储方式操作数存储方式----位排序一个字节中有8位，因此与字节排序一样，也存在各位数据是向高(大)端放还是向低(小)端放的问题