计算机组成原理第4章

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1、第四章指令系统4.1指令系统的发展与性能要求4.2指令格式4.3操作数类型4.4指令和数据的寻址方式4.5典型指令第4章指令系统4.1指令系统的发展和性能要求4.1.1指令系统的发展4.1.2对指令系统性能的要求4.1.3低级语言与硬件结构的关系4.1.1指令系统的发展指令：就是要计算机执行某种操作的命令。从计算机组成的层次结构来说，计算机的指令有微指令、机器指令和宏指令之分。微指令：微程序级的命令，它属于硬件；机器指令：简称指令，计算机可直接理解并执行。宏指令：由若干条机器指令组成的软件指令，它属于软件；指令

2、系统：一台计算机中所有机器指令的集合。4.1.1指令系统的发展时间特点50年代指令系统只有定点加减、逻辑运算、数据传送、转移等十几至几十条指令60年代后期◆指令数目达一二百条，增加了乘除运算、浮点运算、十进制运算、字符串处理等指令；◆寻址方式趋多样化；◆出现系列计算机。（基本指令系统相同、基本体系结构相同）70年代末期◆大多数计算机的指令系统多达几百条，称之为复杂指令系统计算机(CISC)；◆又提出了精简指令系统计算机（RISC）。4.1.2对指令系统性能的要求完善的计算机的指令系统应具备：1、完备性：完备性要

3、求指令系统丰富、功能齐全、使用方便。2、有效性：指利用该指令系统所提供的指令编制的程序能够产生高效率。高效率即占用存储空间小、执行速度快。3、规整性：指令系统的对称性、匀齐性、指令格式与数据格式的一致性。（1）对称性：在指令系统中，所有寄存器和存储单元都可同等对待。（2）匀齐性：是指一种操作性质的指令可以支持各种数据类型。（3）指令的格式与数据格式的一致性：指令长度与数据长度有一定关系，以方便存取和处理。4、兼容性：是指计算机的体系结构设计基本相同，机器之间具有相同的基本结构、数据表示和共同的基本指令集合。4.

4、1.3低级语言与硬件结构的关系计算机语言具有高级语言和低级语言之分。低级语言机器语言（二进制语言）、汇编语言（符号语言）；面向机器编写，不可移植；可最大程度挖掘机器功能。高级语言（算法语言）C、Fortran、Java、Pascal等；方便描述求解过程，执行性能依赖编译程序；与指令系统无关，故可移植。表4.1高级语言与低级语言的性能比较比　较　内　容高级语言低级语言1对程序员的训练要求(1)通用算法(2)语言规则(3)硬件知识有较　少不　要有较　多要2对机器独立的程度独　立不　独　立3编制程序的难易程度易难4编

5、制程序所需时间短较　长5程序执行时间较　长短6编译过程中对计算机资源的要求多少4.2指令格式4.2.1操作码4.2.2地址码4.2.3指令字长度4.2.4指令助记符4.2.5指令格式举例指令格式即指令字用二进制代码表示的结构形式，由操作码字段和地址码字段组成。操作码字段OP地址码字段A表征指令的操作特性与功能指定参与操作的操作数的地址4.2.1操作码＊操作码是指明指令操作性质的命令码。它提供指令的操作控制信息。例，加法、减法、乘法、取数、存数等。＊一般来说，一个n位的操作码最多能表示2n条指令。4.2.2地址码

6、操作码A1A2A3操作码A1A2操作码A操作码三地址指令二地址指令单地址指令零地址指令1．零地址指令零地址指令中只有操作码而无地址码，其指令格式为：不需操作数的控制型指令，如HALT、WAIT、NOP等。OP2.一地址指令（单地址指令）一地址指令的格式为：A可以是存储器地址，也可是寄存器地址。一地址指令有两种情况①单操作数指令：如INC、DEC、NEG等，只需一个操作数，其功能为：OP(A)→A。②双操作数指令：另一个操作数通常采用隐含寻址的方法，将操作数隐含在约定的累加器AC中，其指令功能为：(AC)OP(A

7、)→AC。一地址指令长度短，指令执行速度快对于字长较短的微、小型机，是一种常用的指令格式。OPA3．二地址指令二地址指令的格式为：二地址指令功能为：(A1)OP(A2)→A1A1、A2可以是存储器地址，也可是寄存器地址。OPA1A2①存储器—存储器型（S-S型）指令：A1、A2均为存储器地址的二地址指令。②寄存器—寄存器型（R-R型）指令：A1、A2均为寄存器地址的二地址指令。R-R型指令执行速度快。③寄存器—存储器型（R-S型）指令：A1、A2中一个是寄存器地址，另一个是存储器地址的二地址指令。二地址指令的几

8、种形式三地址指令格式：三地址指令功能为：(A1)OP(A2)→A3A1为被操作数地址，也称源操作数地址；A2为操作数地址，也称终点操作数地址；A3为存放结果的地址。A1、A2、A3可以是存储器地址，也可是寄存器地址。三地址指令编程方便，结果不影响运算操作数。但指令长度较长，一般在字长较长的大、中型机中使用。OPA1A2A34．三地址指令4.2.3指令字长度指令字长度：一个指令字中包含二