第04章 指令系统.ppt

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1、指令系统大纲机器指令操作数类型和操作类型寻址方式指令格式举例指令格式设计RISC技术机器指令指令的一般格式指令字长指令的一般格式操作码字段地址码字段(1)操作码(2)操作数的地址(3)操作结果的存储地址(4)下一条指令的地址地址码(1)四地址(2)三地址OPA1A2A3A486666A1第一操作数地址A2第二操作数地址A3结果的地址A4下一条指令地址若PC代替A4(A1)OP(A2)A38888OPA1A2A3(A1)OP(A2)A34次访存4次访存寻址范围26=64寻址范围28=256若A3用A1或A2代替设指令字长

2、为32位操作码固定为8位(3)二地址OPA1A281212(A1)OP(A2)A1(A1)OP(A2)A2或4次访存若ACC代替A1（或A2）若结果存于ACC(4)一地址(5)零地址OPA1824无地址码(ACC)OP(A1)ACC2次访存寻址范围212=4K寻址范围224=16M3次访存空操作(NOP)，停机(HLT)子程序返回(RET)，中断返回(IRET)操作码反映机器做什么操作(1)长度固定(2)长度可变用于指令字长较长的情况RISC如IBM370和VAX-11操作码8位操作码分散在指令字的不同字段中如PD

3、P-11和Intel8086/80386便于硬件设计，译码时间短有效压缩操作码的平均长度(3)扩展操作码技术操作码的位数随地址数的减少而增加OPA1A2A3000000011110…A1A1A1…A2A2A2…A3A3A3…A2A2A2…A3A3A3…111111111111…000000011110…111111111111…111111111111…111111111111…000000011111…111111111111…111111111111…A3A3A3…000000011110…4位操作码8位操作码12位操作码

4、16位操作码15条三地址指令15条二地址指令15条一地址指令16条零地址指令基本操作码指令译码逻辑图其它扩展方式OPA1A2A3000000011110…A1A1A1…A2A2A2…A3A3A3…A2A2A2…A3A3A3…111111111111…000000011101…111111111111…111111111111…111111111111…000000011111…111111111111…111111111111…A3A3A3…000000011110…4位操作码8位操作码12位操作码16位操作码15条三地址指令

5、14条二地址指令31条一地址指令16条零地址指令基本操作码…111111111111…111011101110…A3A3A3…000000011111…指令译码逻辑图例：假设指令字长为16位，操作数的地址码为6位；指令有零地址、一地址和二地址三种格式。设操作码固定，若零地址指令有P种，一地址指令有Q种，则二地址指令最多有多少种？采用扩展操作码技术，若二地址指令有X种，零地址有Y种，一地址指令最多有多少种？解：16–P–Q(2)采用扩展操作码技术，操作码的位数可变。二地址、一地址和零地址的操作码长度分别为4位、10位和16位。二

6、地址指令操作码每减少一种，就可多形成26种一地址指令操作码；一地址指令操作码每减少一种，就可多构成26种零地址指令操作码。二地址指令有X种一地址指令最多有(24–X)26种若一地址指令有M种，零地址指令最多有[(24–X)26–M]26种即Y=[(24–X)26–M]26求得M=(24–X)26–Y2–6使用频度高的指令应分配短的操作码；使用频度低的指令相应地分配较长的操作码缩短操作码在程序中的平均长度，节省存储器空间缩短经常使用的指令的译码时间，提高程序的运行速度操作码扩展的重要原则指令出现概率与操作码长度的选

7、择指令概率Pi(%)操作码操作码长度(位)I145002I228012I317102I4511004I5311014I6111104I7111114平均长度=45％×2＋28％×2＋17％×2＋5％×4＋3％×4＋1％×4＋1％×4=2.2<3哈夫曼编码(Huffmancoding)thisisanexampleofahuffmantreeCharFreqCodespace7111a4010e4000f31101h21010i21000m20111n20010s21011t20110l111001o100110p110011r

8、111000u100111x110010哈夫曼编码的操作码指令概率Pi(%)操作码长度(位)操作码长度(位)A方案B方案I1450101I228102102I31711031103I4511104111005I53111105111015I611111106111105I71