计算机组成原理REVIEW

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1、计算机组成原理第四章指令系统本章主要讨论：指令格式常用寻址方式面向用户指令类型微指令按层次划分机器指令——本章学习的重点宏指令指令系统：一台计算机中所有指令的集合指令系统的发展50年代到60年代早期（电子管和晶体管）：仅有十几到几十条定点加减逻辑运算、传送、转移指令。60年代中后期（集成电路）：一二百条，乘除、浮点运算、字符串处理系列机的兼容性70年代末（VLSI）:CISC——复杂指令系统，几百条指令RICS——精简指令系统，一百条左右指令系统的性能1、完备性——满足程序编制的需要2、高效性——存储空间小、执

2、行速度快3、规整形——对称性、均齐性、指令和数据格式的一致性4、兼容性——系列机之间向上兼容执行周期1)从程序存储系统中获得指令2)确定所需的动作和指令大小3)定位并获得操作数数据4)计算结果数值或状态5)在存储系统中存放结果，以备后用6)确定后续指令4.2指令格式机器指令的基本组成每一条指令必须包含要求CPU完成某种任务的相关信息，这些信息包括：操作码（OperationCode）原操作数（SourceOperandReference）目的操作数（ResultOperandReference）下条指令地址（N

3、extInstructionReference）指令基本格式操作码字段Op地址码字段A一个一个或几个操作码1)位数确定：指令字.等长格式.变长格式2)方式：长度固定方式（不固定方式）地址码按操作数物理位置来分类1)存储器—存储器（SS）型指令2)寄存器—寄存器（RR）型指令3)寄存器—存储器（RS）型指令指令中提供的地址数存储单元地址码寄存器编号地址码的确定1)指令地址—由程序计数器（PC）规定2)数据地址—由指令规定指令提供地址的方式显地址方式隐地址方式:指令中明显指明地址。:地址隐含约定,不出现在指令中。直

4、接或间接给出使用隐地址可以减少指令中的地址数，简化地址结构。地址码按操作数来分类1)零地址指令格式:OP2)一地址指令格式：OP(A1)—>A1或(AC)OP(A)—>AC3)二地址指令格式：(A1)OP(A2)—>A1或(A1)OP(A2)—>A24)三地址指令格式：(A1)OP(A2)—>A35)多地址指令格式：4.2.2指令字长度和扩展方法1、指令字长度——指令中二进制码的位数，由操作码、操作数地址长度、操作数的个数决定一般是字节长度的1、2、4、8倍短格式指令——指令字长小于机器的字长长格式指令——指令

5、字长大于机器的字长等长指令结构：便于控制变长指令结构：合理利用存储空间2、指令操作码扩展方法1）定长操作码各指令的位置、位数固定相同。2）扩展操作码各指令的位置、位数不固定，根据需要变化。关键在设置扩展标志指令格式中，采用扩展操作码设计方案的目的是——保持指令字长度不变而增加指令操作的数量例.指令字长16位，可含有3、2、1或0个地址，每个地址占4位。操作码地址码15~1211~87~43~00000XYZ1110XYZ............11110000YZ11111110YZ............三地

6、址指令15条二地址指令15条111111110000Z111111111110Z............一地址指令15条11111111111100001111111111111111............零地址指令16条注意：1、定长操作码与指令个数的关系。2、扩展操作码与指令个数的关系：参照上例的原则。3、寻址范围的计算例某计算机的字长为16位，存储器按字编址，访存指令如下：151211980OPMA指令格式示意图M值寻址方式01234立即寻址直接寻址间接寻址变址寻址相对寻址其中OP是操作码，M定义寻址方

7、式（见表），A为形式地址。设PC和Rx分别为程序计数器和变址寄存器,字长为16位。问：1）该格式能定义多少种指令?2）各种寻址方式的寻址范围为多少字?3）写出各种寻址方式的有效地址EA的计算式3.寻址模式表（1）因为操作码字段长度为5位（K位），因此能定义24=16种（2K种）操作；（2）根据不同寻址方式的特点，寻址方式M寻址范围如下所示：0    1个字,即指令字1       256个字（2M字）2       64k字（2N字）3       64k字（2N字）4       256个字(PC值附近256

8、个字)（2M字）（设机器字长为N位，指令的地址位长M位）（3）寻址方式M寻址范围0EA=(PC)即操作数在指令码中1EA=A2       EA=(A)3       EA=(Rx)+A4       EA=(PC)+A4.3寻址方式1、指令寻址方式2、操作数寻址方式4.3.1指令寻址方式1、顺序寻址方式主存储器指令地址指令内容10LDA10011SUB10212STA10413JMP