计算机组成原理第五章课件

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1、第5章指令系统计算机组成原理教学目标教学重点教学过程9/15/20211教学目标了解指令系统的发展与性能要求掌握指令格式和寻址方式9/15/20212教学重点指令格式扩展操作码寻址方式9/15/20213教学过程5.1计算机的指令系统的发展与性能5.2指令的格式5.3寻址方式5.4指令的分类与高级语言5.5典型指令系统9/15/202145.1计算机的指令系统的发展与性能指令系统决定了计算机的基本功能，指令系统的设计是计算机系统设计的一个核心问题。它不仅与计算机的硬件设计紧密相关，而且直接影响到系统软件设计的难易程度。完善的计算机的指令系统应具备：1、完备性：一台计算机中最基本的、必不

2、可少的指令构成了指令系统的完备性。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。高效率主要表现在空间和时间方面，即占用存储空间小、执行速度快。3、规整性：指令操作的对称性和匀齐性，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，这对简化程序设计，提高程序的可读性非常有用。（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：兼容性一般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。9

3、/15/202155.2指令的格式计算机的指令格式与机器的字长、存储器的容量及指令的功能密切相关。9/15/202165.2.1指令操作码与地址码（1/9）两个字段：操作码字段+操作数地址字段：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。（1）每条指令都要求它的操作码必须是独一无二的位组合。（2）指令系统中指令的个数N与操作码的位数n，必须满足关系式：N≤2n2.操作数地址码（1）地址码：用来描述该指令的操作对象。（2）指令字长=操作码的位数+(操作数地址个数)*(操作数地址码位数)地址码字段AC操作码字段OC9/15/202175.2.1指令操作码与地址码（

4、2/9）一、指令格式1.零地址指令格式这是一种没有操作数地址部分的指令格式。这种指令有两种可能：（1）无需任何操作数。如空操作指令，停机指令等。（2）所需的操作数是默认的：堆栈。操作码OC9/15/202185.2.1指令操作码与地址码（3/9）A、堆栈的概念（a）是若干个存储单元(或寄存器)的有序集合，它顺序地存放一组元素。（b）数据的存取都只能在栈顶单元内进行，即数据的进栈与出栈都只能经过栈顶单元这个“出入口”。（c）堆栈中的数据采用“先进后出”或“后进先出”的存取工作方式。B、堆栈结构在计算机中的作用（a）具有堆栈结构的机器使用零地址指令，这不仅合指令长度短，指令结构简单，机器硬

5、件简化。（b）实现程序调用，子程序嵌套调用和递归调用。（c）对于“中断”技术，堆栈更是不可缺少的，保存“断点”和“现场”。9/15/202195.2.1指令操作码与地址码（4/9）C、堆栈的操作设数据进栈方向为从高地址向低地址发展，当向堆栈压入数据时，SP的内容先自动递减而指向一个新的空栈顶单元，再把数据写入此栈顶单元；当数据弹出堆栈时，立即读出SP所指向的栈顶单元内容，再把SP内容自动递增而指向新的栈顶位置。即PUSHX；(SP)-1SP(X)(SP)POPX；((SP))X(SP)+1SP9/15/2021105.2.1指令操作码与地址码（5/9）2.一地址指令格式（1）指

6、令中给出的一个地址即是操作数的地址，又是操作结果的存储地址。如加1、减1、移位等单操作数指令。（2）在某些计算机中，指令中提供的一个地址提供一个操作数，另一个操作数是由机内硬件寄存器“隐含”地自动提供的。所谓“隐含”是指此操作数在指令中不出现，而是按照事先约定由寄存器默认提供，运算结果仍送到寄存器中。因为这个寄存器在连续运算时，保存着多条指令连续操作的累计结果，故称为累加器(AC)。AC1操作码OC9/15/2021115.2.1指令操作码与地址码（6/9）3.二地址指令格式（1）把保存操作前原来操作数的地址称为源点地址(SS)，把保存指令执行结果的地址称为终点地址或目的地址(DD)。

7、（2）将源点与终点操作数进行操作码规定的操作后，将结果存入终点地址。通常二地址指令又称为双操作数指令。例如，双操作数加法指令：ADDR0，R1表示将R0寄存器的内容和R1寄存器的内容相加以后，将结果存入R1寄存器中。又如ADD(R0)，R1表示将R0寄存器的内容作为地址，到内存中取出该地址所指向的单元内容作为源点操作数，和作为终点操作数的R1寄存器的内容相加以后，将结果存入R1寄存器中。AC1操作码OCAC29/15/2021125.2.1指令