计算机组成与设计 教学课件 作者 胡越明第四章.ppt

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1、第四章指令系统2021/9/214.1指令与指令系统4.1.1指令的格式指令格式：操作码，地址码一、操作码opcode固定长度操作码：便于译码，扩展性差可变长度操作码：能缩短指令平均长度二、地址码addressingcode零地址指令，如NOP,CLR一地址指令，如INCR1二地址指令，如ADDR1,R2三地址指令，如ADDR1,R2,R3寻址方式立即数2021/9/214-1设某台计算机有100条指令，(1)采用固定长度操作码编码，试设计其操作码的编码。(2)假如这100条指令中有10条指令的使用概率达到90%，其余90条指

2、令的使用概率为10%。试采用不等长编码设计操作码。解：(1)采用固定长度操作码编码时，需要7位操作码。取其中的100个代码作为指令操作码，可以用0000000到1100011之间的代码代表100条指令，即0000000指令0的操作码0000001指令1的操作码…1100011指令99的操作码剩下从1100100到1111111共28个代码可用于增加新指令，每条指令的操作码的长度都是7。2021/9/21(2)用4位代码对10条常用指令进行编码，用8位代码对90条不常用代码进行编码，即0000指令0的操作码0001指令1的操作码…1

3、000指令8的操作码1001指令9的操作码10100000指令10的操作码10100001指令11的操作码…11111001指令99的操作码指令操作码的平均长度为4×90%+8×10%=4.4位比等长编码的7位小。4-1设某台计算机有100条指令，(1)采用固定长度操作码编码，试设计其操作码的编码。(2)假如这100条指令中有10条指令的使用概率达到90%，其余90条指令的使用概率为10%。试采用不等长编码设计操作码。2021/9/21例4-2若某计算机要求有如下形式的指令：三地址指令12条，二地址指令60条，零地址指令16条

4、(不要求有单地址指令)。设指令字长为16位，每个地址码长为4位，试用扩展操作码为其编码。解：三个地址码字段占12位。剩下4位作为操作码，12条指令的操作码分别为0000、0001、0010、…、1011。在双地址指令中，操作码扩展到8位，每个编码加上扩展的4位后，可以有24=16个编码，共有64个编码，取60个，即11000000～11111011。零地址指令中，全部16位指令代码都是操作码，取其前16个编码，即1111110000000000～1111110000001111。2021/9/214.1.1指令的格式三、指令长度固

5、定长度取指快、译码简单。单字长、双字长、多字长可变长度可提高编码效率四、指令助记符伪指令、累加器，通用寄存器Add$1,$2,$3ADDR1load2021/9/214.2数据的类型及其存储方式4.2.1操作数的类型整型数、单精度和双精度浮点数、字符型数据长度：单字节、双字节、字、双字、四倍字4.2.2操作数的存储方式大数端(bigEndian)和小数端(littleEndian)2021/9/214.2数据的类型及其存储方式数据对齐方式2021/9/21字不对齐方式下的数据存储访存次数问题Charc;Shortinti,j;in

6、tk;跨页问题CharcShortintiIntkShortjShortjIntk2021/9/21字对齐方式下的数据存储空间浪费问题Charc;Shortinti,j;intk;cikj如何判断字对齐？2021/9/21字对齐方式下的存储器访问速度较高接口较简单CPUByte3Byte2Byte1Byte0寄存器存储器Byte3Byte2Byte1Byte02021/9/21CPUByte3Byte2Byte1Byte0寄存器存储器Byte2Byte1Byte0Byte3字不对齐方式下的存储器访问节省空间访存速度慢接口复杂202

7、1/9/21数据存储方式的例子2021/9/214.2.4堆栈——寄存器堆栈A0B1C232021/9/214.2.4堆栈——存储器堆栈2021/9/214.3寻址方式按地址寻找与按内容寻找寻址方式地址码形成操作数存储位置的方式2021/9/214.3寻址方式1.隐含方式如ADDA中的累加器2.立即数方式如INT#33.寄存器方式如INCR1操作数2021/9/214.直接寻址如INC1000操作数4.3寻址方式2021/9/214.3寻址方式5.寄存器间接如INC(R1)A操作数2021/9/214.3寻址方式6.存储器间接如I

8、NC(1000)A操作数2021/9/214.3寻址方式7.相对寻址如INC8(PC)操作数2021/9/214.3寻址方式8.变址和基址寻址如INC8(R1)变址寻址：便于数组访问基址寻址：可扩大寻址范围，可实现程序浮动I操作数2021/9/2