6-1指令系统的基本概念PPT课件.ppt

第六章第六章 指令系统指令系统及汇编语言程序设计及汇编语言程序设计不以规矩不以规矩 不成方圆不成方圆本章内容本章内容6.1 指令系统的基本概念指令系统的基本概念 6.2 寻址方式寻址方式 6.3 RISC技术技术6.4 指令系统举例指令系统举例 6.5 汇编语言程序设计汇编语言程序设计26.1 指令系统的基本概念指令系统的基本概念基本概念基本概念v 程序：由一系列有序的指令构成。程序：由一系列有序的指令构成。v 指令：执行某种基本操作的命令。指令：执行某种基本操作的命令。由一组二进制代码表示，指示计算机硬件完成指定的基本操由一组二进制代码表示，指示计算机硬件完成指定的基本操作作v指令系统：一台计算机的所有指令的集合，是软件和指令系统：一台计算机的所有指令的集合，是软件和硬件的主要界面。硬件的主要界面。程序员所能看到的机器的主要属性程序员所能看到的机器的主要属性 表明计算机具有哪些最基本的硬件功能表明计算机具有哪些最基本的硬件功能4完善的指令系统应具备的特征完善的指令系统应具备的特征v 完备性完备性 指令功能齐全、足够使用指令功能齐全、足够使用v 高效性高效性 所编写的程序占据存储空间小、执行速度快所编写的程序占据存储空间小、执行速度快v 规整性规整性 对称性：所有的寄存器和存储单元都可同等对待，所有的对称性：所有的寄存器和存储单元都可同等对待，所有的指令都可使用各种寻址方式指令都可使用各种寻址方式匀齐性：可以支持各种数据类型匀齐性：可以支持各种数据类型指令的格式和数据格式的一致性指令的格式和数据格式的一致性v 兼容性兼容性 系列机各种机型具有相同的基本结构和共同的基本指令集系列机各种机型具有相同的基本结构和共同的基本指令集5指令的格式指令的格式 v 指令的基本格式：指令的基本格式：操作码字段操作码字段 OP地址码字段地址码字段 AlOP用于说明该指令操作的性质及功能用于说明该指令操作的性质及功能;lA地址码用来给出被操作对象的信息。包括参加运算的地址码用来给出被操作对象的信息。包括参加运算的 操作数或操作数的地址、运算结果的保存地址及下一条操作数或操作数的地址、运算结果的保存地址及下一条 指令的地址等指令的地址等 6 指令字长指令字长v指令字长指令字长 一条指令中包含二进制代码的位数一条指令中包含二进制代码的位数 取决于操作码的长度、操作数的地址的长度和操作数地址取决于操作码的长度、操作数的地址的长度和操作数地址的个数的个数 指令的长度有固定的，也有不固定的。为了充分利用存储指令的长度有固定的，也有不固定的。为了充分利用存储空间，指令的长度通常为存储器字长的整数倍。空间，指令的长度通常为存储器字长的整数倍。n 指令字长操作码的长度地址码的长度指令字长操作码的长度地址码的长度决定指令系决定指令系统的规模统的规模决定寻址空决定寻址空间的大小间的大小7指令中地址码格式指令中地址码格式 v 四地址指令四地址指令 指令完成的操作：（指令完成的操作：（A1）OP（A2）A3A4=下一条将要执行指令的地址下一条将要执行指令的地址 直观但指令的长度太长直观但指令的长度太长v目标：大的地址范围，短的地址码长度目标：大的地址范围，短的地址码长度缩减地址码长度的措施：用缩减地址码长度的措施：用PC指明后继指令地址指明后继指令地址OP A4 A3 A2 A18指令中地址码格式指令中地址码格式v 三地址指令三地址指令 OPA3A2A1l程序计数器程序计数器PC（Program Counter）存放将要执行的指）存放将要执行的指令地址令地址l指令完成的操作：指令完成的操作：A1）OP（A2）A3 （PC）+1PC 9指令中地址码格式指令中地址码格式v 二地址指令二地址指令 OPA2A1l指令完成的操作：（指令完成的操作：（A1）OP（A2）A1（或（或A2）（PC）+1PC l保存结果的操作数称为目的操作数地址保存结果的操作数称为目的操作数地址Ad，另一个操，另一个操作数称为源操作数地址作数称为源操作数地址As。10指令中的地址码格式指令中的地址码格式v一地址指令格式一地址指令格式OPA1需要两个操作数，但另一个操作数需要两个操作数，但另一个操作数“隐含隐含”于于累加器累加器Acc中中累加器累加器Acc既是源操作数，也是目标操作数既是源操作数，也是目标操作数(Acc)OP(A1)Acc，(PC)+1PC 累加器（累加器（Accumulator）结构易造成性能瓶颈）结构易造成性能瓶颈一般用在某些字长较短的微型机中（如早期的一般用在某些字长较短的微型机中（如早期的Z80、Intel 8080等）等）只有一个操作数，比如求补，求反等操作。只有一个操作数，比如求补，求反等操作。OP(A1)A1，(PC)+1PC 11指令中地址码格式指令中地址码格式v 零地址指令零地址指令 OP这种指令有两种可能：这种指令有两种可能：指令不需要操作数，如停机指令指令不需要操作数，如停机指令(HALT)、空操作指令、空操作指令(NOP)等。等。所需的操作数是默认的，如默认在堆栈中。所需的操作数是默认的，如默认在堆栈中。14地址码个数地址码个数v对存储空间占用、程序执行效率的影响对存储空间占用、程序执行效率的影响地址码个数越少，指令本身占用的存储单元少，取指令时间地址码个数越少，指令本身占用的存储单元少，取指令时间短；短；但是，完成同样的功能，编程所用的指令条数就越多，程序但是，完成同样的功能，编程所用的指令条数就越多，程序执行的时间就越长，并且整体上所占用的存储空间也不一定执行的时间就越长，并且整体上所占用的存储空间也不一定小。小。15指令中操作码格式指令中操作码格式 v 定长操作码，变长指令字定长操作码，变长指令字 操作码的长度固定，且集中放在指令字的一个字段中操作码的长度固定，且集中放在指令字的一个字段中 操作码长度操作码长度n位与操作种类位与操作种类N种之间的关系：种之间的关系：N2n指令的长度随操作数的个数而变化。指令的长度随操作数的个数而变化。操作码规整，有利于简化操作码译码器的设计操作码规整，有利于简化操作码译码器的设计但字段的位使用率不高但字段的位使用率不高在字长较长的计算机以及在字长较长的计算机以及RISC上广泛使用，如上广泛使用，如IBM370机、机、VAX-1116指令中操作码格式指令中操作码格式v 变长操作码，定长指令字变长操作码，定长指令字采用采用扩展操作码扩展操作码的方式，即操作码位数随地址码数量的减少的方式，即操作码位数随地址码数量的减少而增加。而增加。有效利用指令字长有效利用指令字长在字长较短的微型机上广泛使用在字长较短的微型机上广泛使用v例例 某机器的指令长度是某机器的指令长度是16位，包括位，包括4位基本操作码字段和位基本操作码字段和3个个4位地址码字段，其格式如下：位地址码字段，其格式如下：试给出一种扩展操作码的方案试给出一种扩展操作码的方案。OP(4位位)A3(4位位)A2(4位位)A1(4位位)17D15 D12D11 D8D7 D4D3 D0OPA3A2A13地址指令地址指令00001110地址码地址码3地址码地址码2地址码地址码12地址指令地址指令111100001110地址码地址码2地址码地址码11地址指令地址指令1111111100001110地址码地址码10地址指令地址指令11111111111100001111v该机器指令系统可以有该机器指令系统可以有61条指令条指令 15条条3地址指令，地址指令，15条条2地址指令，地址指令，15条条1地址指令，地址指令，16条零地址指令条零地址指令18指令的类型指令的类型 v 数据传送类指令数据传送类指令用于实现通用寄存器之间、通用于实现通用寄存器之间、通用寄存器与存储单元之间、存储用寄存器与存储单元之间、存储器不同单元之间的数据传送器不同单元之间的数据传送 v 运算类指令运算类指令 算术运算算术运算逻辑运算逻辑运算v 移位类指令移位类指令 按移位方向：左移和右移；按移位方向：左移和右移；按移位方式：算术移位、逻辑按移位方式：算术移位、逻辑移位和循环移位；移位和循环移位；v程序控制类指令程序控制类指令转移类指令转移类指令 子程序调用与返回指令子程序调用与返回指令 循环控制指令循环控制指令v输入输出（输入输出（I/O）类指令）类指令 输入输出类指令完成主机与外输入输出类指令完成主机与外围设备间的数据传送围设备间的数据传送 v其他指令其他指令 19