计算机系统组成与结构PPT第3章ppt课件.ppt

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1、第三章指令集结构指令集结构（instructionsetarchitecture），即ISA，是微处理器的接口，包含了与该微处理器进行交互所需要的信息，但并不涉及微处理器自身如何设计和实现的细节。什么是指令集结构？ISA包括：微处理器的指令集、程序员可直接访问的寄存器的细节、访问内存所需的信息、微处理器如何响应中断。本章先讨论程序设计语言。包括不同级别程序设计语言如何转换成可被微处理器执行的形式，不同类型的汇编语言指令及所运行的数据格式、微处理器可能有的不同寻址方式和指令格式。之后分析指令集结构。包括

2、设计一个微处理器ISA的指令集和寄存器组时所要考虑的因素，以及分析了两种微处理器的指令集结构：相对简单CPU的ISA和8085微处理器的ISA。3.1程序设计语言的级别3.1.1语言种类高级语言（high-levellanguages）汇编语言（assemblylanguage）不同的微处理器有不同的汇编语言平台无关（platform-independent）机器语言3.1.2编译和汇编程序编译、汇编编译器、汇编器源代码、目标代码连接器、装载器图3.1高级程序的编译过程，装载器包含在计算平台中编译过程

3、同一高级语言源代码可以经过编译在不同的微处理器和操作系统或者计算平台上运行。汇编器汇编过程图3.2汇编语言程序的汇编过程每一种汇编语言对应一种微处理器，不需要针对不同平台的汇编器。高级语言和汇编语言目标代码的连接和装载过程相同一条语句可能有多种有效的转换，而汇编语言指令都唯一对应一种机器代码指令。汇编器比编译器简单高级语言与汇编语言的使用个人计算机上的软件大多采用高级语言编写二者也常常一起形成最优化代码小型计算机系统的代码，例如微波炉控制器，一般采用汇编语言编写3.2汇编语言指令3.2.1指令类型3.

4、2.1.1数据传送指令将数据从一个地方移到另一个地方（实际是“拷贝”），包括：内存取数据到微处理器、微处理器中的数据存到内存、微处理器内移动数据、输入数据到微处理器、从微处理器输出数据。3.2.1.2数据运算指令包括算术运算指令、逻辑运算指令、移位指令。3.2.1.3程序控制指令控制程序流程的指令，包括：跳转指令（条件或无条件）或分支指令、子程序调用和子程序返回指令、“软中断”指令、停机指令。3.2.2数据类型数值数据无符号整型数、有符号整型数、浮点数据布尔数值数据值常以0表示FALSE，以非0表示T

5、RUE字符数据字符编码标准（ASCII、EBCDIC、UNICODE、或别的）3.2.3寻址方式寻址方式（addressingmodes）：微处理器对内存进行读或写操作时指定它要访问的内存地址的方式。（即寻找操作数地址的方式）3.2.3.1直接寻址方式在该寻址方式中，指令中直接给出有要访问单元的内存地址。例如：LDAC5；从内存单元5读取数据并且把数据存储；在CPU的累加器中该方式主要用于把操作数和变量值装载到CPU。3.2.3.2间接寻址方式与直接寻址方式相似，但要进行两次内存访问。指令中指定的地址

6、并不是操作数的地址，而是含有操作数地址的内存单元的地址。（操作数地址的地址）例如：LDAC@5或LDAC（5）；首先检索单元5中的内容，假设得到10。；CPU到单元10读取该单元的内容并把数据装载到CPU常用于编译器或操作系统来处理浮动代码及数据。例如，假设寄存器R中存储了数值5，则：LDACR；把数值5从寄存器R中拷贝到CPU的累加器中LDAC(R)或LDAC@R；相当于LDAC5，从寄存器R中获取地址3.2.3.4立即值寻址方式指定的操作数不是一个地址，而是确实要用到的数据。例如：LDAC#5；把

7、数据值5移到累加器中3.2.3.3寄存器直接寻址和寄存器间接寻址与直接和间接寻址方式相似，但指定的寄存器，而不是内存单元。3.2.3.5隐含寻址方式并不明确地指出操作数，因为总是用到特定的寄存器。并非总用于装载指令。例如：CLAC；清空CPU中的累加器，即将其值置为0常用于用堆栈存储数据的CPU中。指令中不需要指定操作数，因为它暗示操作数一定来自堆栈。3.2.3.6相对寻址方式该方式中，操作数不直接提供地址，而是提供一个偏移量。它与CPU中程序计数器的内容相加生成所需的地址。程序计数器存有当前正在执行

8、指令的地址。例如：LDAC$5；若该指令定位于内存单元10，且它占用两个内存单元，；则下一条指令会位于单元12，指令从单元（12＋5＝）17；读取数据并且把它存于累加器中该寻址方式对于短跳转和可重定位代码很有用。3.2.3.7变址寻址方式和基址寻址方式变址寻址方式与相对寻址方式类似，但它是将指令提供的地址与变址寄存器中而不是程序计数器中的内容相加。例如：LDAC5(X)；如果变址寄存器X包含数值10，则从单元（5＋10＝）15；读取数据并且把它存储在累加