计算机组成原理_第5讲：指令系统与MIPS汇编语言-2015秋-1_2_.pdf

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1、计算机组成原理(2014级)计算机组成原理课程组（刘旭东、肖利民、牛建伟、栾钟治）第五讲：指令系统与MIPS汇编一．指令格式1.指令系统概述2.指令格式3.寻址方式二．典型指令系统介绍1.8086/8088指令系统2.MIPS指令系统3.CISC与RISC三．MIPS汇编语言21.1指令系统概述指令系统的基本问题操作类型：应该提供哪些（多少）操作？用LD/ST/INC/BRN已经足够编写任何计算程序，但不实用，程序太长。操作对象：如何表示？可以表示多少？大多数是双值运算（如AB+C)存在单值

2、运算（如A~B)指令格式：如何将这些内容编码成一致的格式？指令长度、字段、编码等问题31.1指令系统概述机器指令的要素操作码(OperationCode)：指明进行的何种操作源操作数地址(SourceOperandReference)：参加操作的操作数的地址，可能有多个。目的操作数地址(DestinationOperandReference)：保存操作结果的地址。下条指令的地址(NextInstructionReference)：指明下一条要运行的指令的位置，一般指令是按顺序依次执行的，所

3、以绝大多数指令中并不显式的指明下一条指令的地址，也就是说，指令格式中并不包含这部分信息。只有少数指令需要显示指明下一条指令的地址。41.1指令系统概述从指令执行周期看指令涉及的内容from：南大袁春风老师ppt51.1指令系统概述操作数的位置立即数（内嵌在指令中）寄存器（寄存器地址）存储器（存储器地址）输入输出端口（输入输出端口地址）操作数的类型数值（无符号、定点、浮点）逻辑型数、字符地址（操作数地址、指令地址）操作数的存储方式大端（big-endian）次序：最高有效字节存储在地

4、址最小位置小端（little-endian）次序：最低有效字节存储在地址最小位置地址值地址值例：Inta;//0x12345678a+012a+078a+134a+156a+256a+234a+378a+312大端次序小端次序61.1指令系统概述指令集系统结构(ISA)机器语言编程者的视角，机器内部结构和行为能力的指令级抽象Applications汇Softwarelayersof编程OSabstraction序CompilerInstructionSetArchitecture（ISA）Instr

5、uctionInput/ProcessingOutputHardwarelayersDatapath&ControlfordesignabstractionDigitalDesignCircuitDesign71.1指令系统概述指令集系统架构（ISA）种类指令集分类堆栈型、累加器型和通用寄存器型大部分ISA都可归类为通用寄存器系统结构81.1指令系统概述指令集系统架构（ISA）种类通用寄存器指令系统寄存器-寄存器（Register-Register）寄存器-存储器（Register-Mem

6、ory）存储器-存储器（Memory-Memory）Register-Memory式ISA（如80X86）多种指令可以访问内存；存在寄存器操作数和内存操作数直接运行的指令；Load-Store式（Register-Register）（如MIPS）只有装载（LOAD）和存储（STORE）指令可以访问内存运算指令操作数全部为寄存器操作数；Load-Store是ISA的一种趋势91.1指令系统概述指令类型数据传输指令：寄存器与存储器之间，寄存器之间传递数据；算术/逻辑运算指令：寄存器（或存

7、储器）中整型数或逻辑型数据的运算操作。程序控制指令：控制程序执行顺序，条件转移或跳转，子程序调用和返回等；浮点运算指令：处理浮点数的运算。通用寄存器的优势寄存器比存储器快寄存器便于编译器使用寄存器可以保存变量减少存储器访问，提高速度提高代码密度，寄存器地址比存储器地址短101.2指令格式指令的表示机器表示：二进制代码形式符号化表示：助记符，如MOVAX，BX操作数地址的数目三地址：Des(Sur1)OP(Sur2)双地址：Des(Sur)OP(Des)单地址：累加器作为默

8、认操作数的双操作数型，或单操作数型无地址：隐含操作数型，或无操作数型OPDesAddSur1AddSur2AddOPDesAddSurAddOPAddOP111.2指令格式操作码结构固定长度操作码：操作码长度（占二进制位数）固定不变。硬件设计简单指令译码时间开销较小指令空间效率较低可变长度操作码：操作码长度随指令地址数目的不同而不同。硬件设计相对复杂指令译码时间开销较大指令空间利用率较高指令长度定长指令