软件工程05计算机组成原理

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1、第五章指令系统机器指令操作数类型和操作类型寻址方式指令格式举例RISC技术5.1指令格式设计一、指令系统的发展指令系统一台计算机中所有机器指令的集合是表征一台计算机性能的重要因素，其格式与功能不仅直接影响到机器的硬件结构，也直接影响到系统软件，影响到机器的适用范围分立元件十几至几十条指令ComplexInstructionSet集成电路一、二百条ComputerVLSI几百条复杂指令系统计算机(CISC)精简指令系统计算机（RISC）Reduced…二、指令的一般格式操作码字段地址码字段1.

2、操作码反映机器做什么操作(1)长度固定用于指令字长较长的情况，RISC如IBM370操作码8位(2)长度可变操作码分散在指令字的不同字段中2.地址码(1)四地址86666OPAAAA设指令字长为32位1234A第一操作数地址操作码固定为8位1A第二操作数地址24次访存A结果的地址36寻址范围2=64A下一条指令地址4(A1)OP(A2)A3若PC代替A4(2)三地址8888OPAAA4次访存1238寻址范围2=256(A1)OP(A2)A3若A用A或A代替312(3)二地址81212OPAA12(A1

3、)OP(A2)A14次访存或(A)OP(A)A寻址范围212=4K122若结果存于ACC3次访存若ACC代替A（或A）?12(4)一地址824OPA12次访存24(ACC)OP(A)ACC寻址范围2=16M1(5)零地址无地址码小结当用一些硬件资源代替指令字中的地址码字段后•可扩大指令的寻址范围•可缩短指令字长•可减少访存次数当指令的地址字段为寄存器时三地址OPR,R,R123二地址OPR,R12一地址OPR1•可缩短指令字长•指令执行阶段不访存三、指令格式设计原则应尽量短要有足够的操作码位数

4、指令编码必须有唯一的解释，否则是不合法的指令指令字长应是字节的整数倍合理地选择地址字段的个数指令尽量规整5.2指令系统设计应遵循的几条基本原则完整性或完备性兼容性均匀性可扩充性一、基本设计问题操作码的全部组成：操作码个数/种类/复杂度LD/ST/INC/BRN四种指令已足够编制任何可计算程序，但程序会很长数据类型：对哪几种数据类型完成操作指令格式：指令长度/地址码个数/各字段长度通用寄存器：个数/功能/长度寻址方式：操作数地址的指定方式下条指令的地址如何确定：顺序，PC+1

5、；条件转移；无条件转移；„„二、操作数类型地址无符号整数数字定点数、浮点数、十进制数位、位串、字符和字符串ASCII逻辑数逻辑运算三、寻址方式确定本条指令的操作数地址数据寻址下一条欲执行指令的指令地址指令寻址•指令的寻址——简单正常：PC增值跳转(jump/branch/call/return)：同操作数的寻址•操作数的寻址——复杂操作数来源：寄存器/外设端口/主(虚)存/栈顶操作数结构：位/字节/半字/字…/一维表/二维表…数据寻址操作码寻址特征形式地址A形式地址A指令字中的地址有效地

6、址EA操作数的真实地址约定指令字长=存储字长=机器字长1.立即寻址形式地址A就是操作数立即寻址特征OP#A指令执行阶段不访存立即数A的位数限制了立即数的范围可正可负补码2.直接寻址EA=A有效地址由形式地址直接给出寻址特征主存LDAAA操作数ACC执行阶段访问一次存储器A的位数决定了该指令操作数的寻址范围操作数的地址不易修改（必须修改A）3.隐含寻址操作数地址隐含在操作码中寻址特征主存ADDAACCA操作数另一个操作数隐含在ACC中ALU暂存如8086MUL指令被乘数隐含在AX（16位）或A

7、L（8位）中MOVS指令源操作数的地址隐含在SI中目的操作数的地址隐含在DI中指令字中少了一个地址字段，可缩短指令字长4.间接寻址有效地址由形式地址间接提供EA=（A）寻址特征主存寻址特征主存OPAOPAAEAA1A1一次间址EA操作数多次间址A10EAEA操作数执行指令阶段2次访存可扩大寻址范围便于编制程序多次访存间接寻址编程举例主程序子程序……80转子程序………………81201…转子程序202…@间址特征…JMP@A((A)=202A)=815.寄存器寻址EA=Ri有效地址即为寄存器编号寻

8、址特征OPRiR…0………R…i操作数…Rn寄存器执行阶段不访存，只访问寄存器，执行速度快寄存器个数有限，可缩短指令字长6.寄存器间接寻址有效地址在寄存器中EA=(R)i寻址特征OPR主存iR…0………R…i地址操作数…Rn寄存器有效地址在寄存器中，操作数在存储器中，执行阶段访存便于编制循环程序7.基址寻址(1)采用专用寄存器作基址寄存器EA=(BR)+ABR为基址寄存器寻址特征OPA主存BRALU操作数可扩大寻址范围便于程序搬家BR内容由