微机原理、汇编语言与接口技术 唐瑞庭 第04章 指令系统

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1、第4章指令系统本章首先介绍计算机的指令格式，叙述基本寻址方式和扩展寻址方式，对第一代微处理器CISC基本指令集归类列表、详细讲解，并佐以实例，最后简要介绍80x86扩展指令、多媒体SIMD指令集以及RISC和CRISC指令。4.1指令格式和寻址方式4.2CISC基本指令集4.3扩展指令集4.4RISC指令集与CRISC指令4.1指令格式和寻址方式4.1.1指令格式4.1.2基本寻址方式4.1.3扩展寻址方式4.1.1指令格式一条指令是一个有意义的二进制代码序列，它是机器语言的一个语句，其基本格式为

2、：操作码字段OP地址码字段A——操作码表明了指令的功能及操作，——地址码又称操作数字段，指明了参与操作运算的操作数地址。1.指令操作码指令系统中每条指令都有唯一确定的操作码。操作码的位数越多，所能表达的操作种类就越多。(1)规整型操作码字段的长度和位置固定，又称定长编码，编码最简单。◆定长编码多用在大中型计算机上，如IBM370机指令操作码都为8bit(位)。RISC指令集采用定长编码。◆定长编码有利于简化硬件设计、减少指令译码时间；但往往造成资源浪费（冗余）。(2)非规整型非规整型操作码

3、的长度不定，且分散在指令字的不同位置上，因此又称变长编码。变长编码广泛用在小型、微型计算机上，如PDP小型机。CISC指令集是非规整型编码。1.指令操作码（续）扩展操作码法：灵活充分利用指令的各个字段，在不增加指令长度的情况下，扩展操作码能表示更多的指令。80x86微处理器采用扩展操作码法。变长编码增加指令译码的难度，控制器的设计较复杂。2.指令地址码每条指令必须包括CPU执行所需的全部信息。对双操作数指令，除了操作码OP(Operate)外，还必须包含：第一源操作数地址A1(Address1

4、)、第二源操作数地址A2、操作结果的存放地址A3，以及下条指令在内存中的存放地址A4。程序计数器PC(Programcounter)来指向要执行指令的地址，现代计算机地址码字段有四种结构：三地址、双地址、单地址和零地址。三地址指令格式：OPA1A2A3；操作为：[A1]OP[A2]→A3，PC+1→PC（隐含）三地址指令在小型、微型计算机中很少使用。双地址指令格式：OPA1A2；操作为：[A1]OP[A2]→A1，PC+1→PC（隐含）执行前，A1和A2中各存放一个源操作数，执行后结果存放到A1

5、中，A1中原先的源操作数被冲掉。因此[A2]称源操作数，[A1]称目标操作数（又称目的操作数）。2.指令地址码（续）单地址指令格式：OPA1；操作为：[A1]OPREG(隐含)→REG，PC+1→PC（隐含）单地址指令中只显式地出现一个操作数地址，另一个操作数默认约定、隐含在一个寄存器（如累加器A）中；或者该指令只是单目运算，只需要一个操作数：OP[A1]→A1。零地址指令格式：OP；对0、1或2个隐含操作数执行OP操作，PC自动加1零地址指令没有操作数地址，操作码指明该指令所执行的操作，该操作或

6、者不需要操作数，或者其操作数隐含在寄存器中、由地址指针指向的堆栈或存储单元中。2.指令地址码（续）随着VLSI技术的发展，CPU内集成了较多的通用寄存器，用来暂存操作数或中间结果，大大减少访问存储器的次数，提高了计算机处理速度；◆比起存储单元，通用寄存器数量有限，只要用很少几个bit就可表示，存储量很小；◆二地址R—R（两个寄存器操作数）或R---M（一个寄存器操作数、一个存储器操作数）地址方式因此在微机中地址码字段大量使用。3.80x86指令格式80x86微机属CISC（复杂指令集计算机

7、），其指令系统采用变长指令。CISC基本指令集的一条指令长度最短1个字节，最长6个字节。指令中总是用第一个字节表示操作码，第一个字节的最末两位有时还表示操作数的源/目标、字节/字等属性。第二字节描述指令操作数的寻址方式，或者表示扩展操作码。描述寻址方式时该字节分三段：▲末三位（D2D1D0）是R/M字段，表示指令中的一个操作数是寄存器(Register)还是存储器(Memory)操作数以及存储器操作数的寻址方式；▲中间三位（D5D4D3）是R字段，表示另一个寄存器操作数，三位可表示8个

8、通用寄存器；▲头两位（D7D6）是方式字段，表示R/M字段是寄存器还是存储器操作数（及其偏移量的大小）。3.80x86指令格式(续)第三、四字节表示基址或变址寻址中的偏移量。一个字节表示8位、两个字节表示16位偏移量。第五、六字节表示立即寻址中的立即数。一个字节表示8位、两个字节表示16位立即数。80x86指令系统在8086/8088基本集基础上不断扩展，并保持向上兼容。随着寻址空间的扩大，地址码字段不断加长，32位的80486指令长度为1～12个字节。指令在存储器中连续存放，