第三章 指令系统.ppt

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1、3.1概述3.2计算机硬件的操作3.3计算机硬件的操作数3.4指令的计算机内部表示3.5决策指令3.6计算机硬件对过程的支持3.7计算机对字符的处理（略去）3.8MIPS的其他寻址方式第三章指令系统3.1概述要给计算机硬件直接下命令，就必须使用机器的语言。机器语言中的“单词”称为指令，其“词汇表”称为指令集。本章将介绍现实中计算机所使用的指令集系统。通过学习机器指令，你会了解到计算机中的一个重要概念：存储程序（stored-rogram）着重介绍的是MIPS指令集，涉及到MIPS指令的操作数、指令格式及指令类别1、CISC---复

2、杂指令系统计算机ComplexInstructionSetComputer，20世纪60年代后期，随着IC、LSI、VLSI的出现和发展，计算机硬件成本不断下降，人们热衷于在指令系统真增加更多的指令和复杂的指令，来提高操作系统的效率，促使指令系统越来越复杂，这一时期的计算机称为CISC。2、RISC---精简指令系统计算机ReducedInstructionSetComputer，1975年IBM公司开始研究指令系统的合理性问题，IBM的JohnCocke提出精简指令的想法，本书作者DavidA.Patterson创造了RISC一

3、词，并定义了其含义，后来JohnL.Hennessy带领他在斯坦福的研究小组研制成功MIPS机，精简指令系统计算机从此诞生并发展起来。一、指令系统的发展二、RISC的特点1、优先选取一些使用频率最高的简单指令，以及一些很有用但不复杂的指令，避免复杂指令。2、指令长度固定，指令格式种类少，寻址方式种类少，指令各字段的划分比较一致，各字段功能较规整。3、只有存数、取数指令访问存储器，其余指令的操作都在寄存器之间进行。4、CPU中通用寄存器数量较多。三、MIPS简介1、处理器的缩写①MillionInstructionPerSec

4、ond，泛指每秒能执行百万条指令的处理器②MicroprocessorwithoutInterlockingPipelineStage，一种无内锁的流水线微处理器2、MIPS公司3.2计算机硬件的操作指令一、指令的基本格式指令格式，是指令用二进制代码表示的结构形式，通常有操作码字段和地址码字段组成。操作码表示指令的操作特性和功能，而地址码通常指定参与操作的操作数的地址，故指令基本格式如下：OPA1、操作码操作码字段的位数取决于指令系统的规模，例如，只有8条指令的指令系统，OP字段有3位就够了，如果系统包含32条指令，则OP字段需

5、要5位操作码。一般来说一个包含n位的操作码能够表示2n条指令。2、地址码根据一条指令中有几个操作数地址，可将该指令称为几地址指令，一般有三地址指令、二地址指令、一地址指令和零地址指令格式：OPAOPA2A1OPA2A1A3OP1、加法指令addrd,rs,rt#注释①每条指令只执行一个操作，并且有且只有三个变量②书写时，每一行只有一条指令，注释放在行尾，由#号引出③该指令执行rd=rs+rt的操作例如：adda,b,c＃b+c的和存放在a中其中add称操作符，表示加运算；紧跟add的a是目的操作数，即为结果，其余b、c表示源操作数

6、。每条指令中由“＃”号领头的部分是注释。三、MIPS算术运算指令例如：计算a=b+c+d+e；adda，b，c＃b+c的和存放在a中adda，a，d＃b+c+d的和已存放在a中adda，a，e＃b+c+d+e的和已存放在a中2、减法指令subrd,rs,rt#注释例3.1把两个C语言赋值语句编译成MIPS汇编指令下面这段C语言代码包含5个变量a,b,c,d,e：a=b+c;d=a–e;【解答】adda,b,c#a=b+csubd,a,e#d=a–e例3.2把一个复杂的C语言赋值语句编译成MIPS汇编指令f=(g+h)–(i+j)

7、;【解答】addt0,g,h＃临时变量t0=g+h的和addt1,i,j＃临时变量t1=i+j的和最后做减法，把差放在f中：subf,t0,t1＃f=t0-t1的值完成一个类似于加法的操作需要3个操作数：2个数参与运算，1个数存放结果。每条指令刚好包含3个操作数，不多也不少，这是遵循简化硬件的原则，因为操作数的个数不定的硬件实现比个数固定的硬件实现复杂得多。这就是硬件设计要考虑的第一条原则：设计原则1：简单性来自规则性。（Simplicityfavorsregularity.）3.3计算机硬件的操作数cpu的寄存器（registe

8、r）中---寄存器操作数寄存器是建造计算机的基石，因为它们是硬件设计中用到的基本单元，对于程序员也是可见的，但其数量有限。计算机硬件的操作数放在什么地方?存储器中---存储器操作数复杂数据结构，如数组、结构体等包含大量数据元素，不可能映射到数量有限