计算机组织与系统结构 季福坤 第5章

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1、计算机组织与结构北华航天工业学院荆淑霞曲凤娟制作第5章指令系统学习要点：有关指令和指令系统的基本概念寻址方式指令的分类指令执行过程第5章指令系统5.1指令系统的发展与性能要求5.2基本概念5.3寻址方式5.4堆栈与堆栈操5.5指令类型5.6指令执行过程和方式退出5.1指令系统的发展与性能要求5.1.1指令系统的发展5.1.2对指令系统的性能的要求退出5.1.1指令系统的发展计算机的程序是由一系列的机器指令组成的。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

2、指令之分。微指令是微程序级的命令，它属于硬件，宏指令是由若干条机器指令组成的软件指令，它属于软件，而机器指令则介于微指令与宏指令之间，通常简称为指令．每一条指令可完成一个独立的算术运算或逻辑运算操作。70年代末期，计算机硬件结构随着VLSI技术的飞速发展而越来越复杂化，大多数计算机的指令系统多达几百条。我们称这些计算机为复杂指令系统计算机，简称CISC。但是如此庞大的指令系统不但使计算机的研制周期变长，难以保证正确性，不易调试维护，而且由于采用了大量使用频率很低的复杂指令而造成硬件资源浪费。为此人们又提出了便

3、于VLSI技术实现的精简指令系统计算机，简称RISC。5.1.2对指令系统的性能的要求（1）完备性完备性是指用汇编语言编写各种程序时，指令系统直接提供的指令足够使用，而不必用软件来实现。完备性要求指令系统丰富、功能齐全、使用方便。（2）有效性有效性是指利用该指令系统所编写的程序能够高效率地运行。高效率主要表现在程序占据存储空间小、执行速度快。一般来说，一个功能更强、更完善的指令系统，必定有更好的有效性。5.1.2对指令系统的性能的要求（3）规整性规整性包括指令系统的对称性、匀齐性、指令格式和数据格式的一致性。

4、对称性是指：在指令系统中所有的寄存器和存储器单元都可同等对待，所有的指令都可使用各种寻址方式；匀齐性是指：一种操作性质的指令可以支持各种数据类型，指令格式和数据格式的一致性是指：指令长度和数据长度有一定的关系，以方便处理和存取。（4）兼容性系列机各机种之间具有相同的基本结构和共同的基本指令集，因而指令系统是兼容的，即各机种上基本软件可以通用。5.2基本概念5.2.1基本概念5.2.2机器指令的基本格式退出计算机的程序是由一系列的机器指令组成的，机器指令就是要计算机执行某种操作的命令，机器指令又简称为指令。从计

5、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。5.2.1基本概念微指令是微程序级的命令，它属于硬件一台计算机中所有机器指令的集合，称为这台计算机的指令系统。指令系统是表征一台计算机性能的重要因素，它的格式和功能不仅直接影响到机器的硬件结构，而且也直接影响到系统软件，影响到机器的适用范围。宏指令是由若干条机器指令组成的软件指令，它属于软件机器指令则介于微指令与宏指令之间，通常简称为指令。每一条指令可完成一个独立的算术运算或逻辑运算操作。5.2.2机器指令的基本格式设计计算机时，对指令系统的

6、每一条指令都要规定一个操作码。指令的操作码表示该指令应进行什么性质的操作，不同的指令用操作码字段的不同编码来表示，每一种编码代表一种指令。组成操作码字段的位数一般取决于计算机指令系统的规模，较大的指令系统就需要更多的位数来表示每条特定的指令。例如，一个指令系统只有8条指令、则有3位操作码就够了（23＝8）。如果有32条指令，那么就得要5位操作码（25＝32）。指令的语法规定了指令的表示格式，或者规定了构成指令的规则。1．操作码2．地址码地址码即用来表示操作数的地址。指令要明确指出要操作的操作数存放在哪里，以便

7、CPU可以通过这个地址取得操作数。地址码还要用来说明操作结果的存放位置以及下一条要执行的指令的地址。根据地址码所给出的地址的个数，可以把指令格式分成零地址指令、一地址指令、双地址指令、三地址指令和多地址指令。2．地址码（1）零地址指令的指令字中只有操作码，而没有地址码。例如，停机指令就不需要地址码，因为停机操作无需操作数。（2）一地址指令常称单操作数指令，通常，这种指令是以运算器中累加寄存器AC中的数据为被操作数，指令字的地址码字段所指明的数为操作数，操作结果又放回累加寄存器AC中，而累加寄存器中原来的数随即

8、被冲掉；或者参加运算的数据即为一个操作数，如取反或求补操作；或者一个操作数需要由指令指出，另一个操作数为固定的位置，如堆栈操作。（3）二地址指令常称双操作数指令，它有两个地址码字段A1和A2，分别指明参与操作的两个数在内存中或运算器中通用寄存器的地址，其中地址A1还兼做存放操作结果的地址。（4）三地址指令中有有三个操作数地址A1、A2和A3，其中A1用来指明第一个操作数，A2用来指明第二个操作数，A