計(jì)算機(jī)組成原理(華科版)第四章指令系統(tǒng)-wenkub
2023-01-30 05:05:57 本頁面
【正文】 或者 (A1) OP (A2)→A2 OPCODE A1 A2 計(jì)算機(jī)組成原理 第四章 指令系統(tǒng) 11 (3) 一地址指令格式 其格式為 OPCODE—— 操作碼 ， A—— 操作數(shù)的存儲(chǔ)器地址或寄存器地址 。 操作碼指出該指令應(yīng)該執(zhí)行什么性質(zhì)的操作和具有何種功能。 操作碼字段表征指令操作的性質(zhì)和功能 ， 地址碼字段通常指定參與操作的操作數(shù)的地址 。因此 ， 任何問題不管使用那一種計(jì)算機(jī)語言 （ 匯編語言或某種高級(jí)語言 )描述 ， 都必須通過翻譯程序轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的機(jī)器語言后才能執(zhí)行 。高效率主要表現(xiàn)在程序占據(jù)存儲(chǔ)空間小 ， 執(zhí)行速度快 。 1983年后 ， RISC計(jì)算機(jī)商品化 。 計(jì)算機(jī)組成原理 第四章 指令系統(tǒng) 4 20世紀(jì) 70年代末期 ， 隨著大規(guī)模集成電路 VLSI技術(shù)的飛速發(fā)展 ， 硬件成本不斷下降 ， 而軟件成本不斷上升 。通常性能好的計(jì)算機(jī)都要設(shè)置指令豐富、功能齊全、通用性強(qiáng)、使用方便高效的指令系統(tǒng)，而這些需要復(fù)雜的硬件結(jié)構(gòu)來支持。 計(jì)算機(jī)組成原理 第四章 指令系統(tǒng) 3 指令系統(tǒng)的發(fā)展 指令就是指揮計(jì)算機(jī)執(zhí)行某種操作的命令 。 為增加計(jì)算機(jī)的功能 ， 以及縮小指令系統(tǒng)與高級(jí)語言的差異 ，以便于高級(jí)語言的編譯 ， 降低軟件開發(fā)成本 ， 于是產(chǎn)生了以增加指令數(shù)和設(shè)計(jì)復(fù)雜指令為手段的計(jì)算機(jī) ， 大多數(shù)計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)多達(dá)幾百條 ， 稱這些計(jì)算機(jī)為復(fù)雜指令系統(tǒng) 計(jì) 算 機(jī) ， 簡稱 CISC （ Complex Instruction Set Computer ） 。 計(jì)算機(jī)組成原理 第四章 指令系統(tǒng) 5 指令系統(tǒng)的性能 1. 完備性 完備性是指用匯編語言編寫各種程序時(shí) ， 指令系統(tǒng)直接提供的指令足夠使用 ， 而不必用軟件來實(shí)現(xiàn) 。 3. 規(guī)整性 規(guī)整性包括指令系統(tǒng)的對(duì)稱性 、 勻齊性 、 指令格式和數(shù)據(jù)格式的一致性 。 機(jī)器語言存在著可讀性差 、 不易編程 、 不易維護(hù)等許多缺陷 ， 這就給編寫程序帶來許多困難 。 一條指令的指令格式形式為： 計(jì)算機(jī)指令格式的設(shè)定一般與機(jī)器的字長 、 存儲(chǔ)器的容量以及指令的功能有關(guān) 。不同的指令用操作碼字段的不同編碼來表示，每一種編碼代表一種指令。 其數(shù)學(xué)形式描述為： OP (A)→A 或者 (AC) OP (A)→AC OPCODE A 計(jì)算機(jī)組成原理 第四章 指令系統(tǒng) 12 (4) 零地址指令格式 其格式為 OPCODE—— 操作碼 。 OPCODE 計(jì)算機(jī)組成原理 第四章 指令系統(tǒng) 13 從存放操作數(shù)的物理位置來劃分 ， 指令格式主要有三種類型 。 目前在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中 ， 通常一個(gè)指令系統(tǒng)中指令字的長度和指令中的地址結(jié)構(gòu)并不是單一的 ， 往往采用多種格式混合使用 ， 這樣可以增強(qiáng)指令的功能 。 指令字長度等于機(jī)器字長度的指令，稱為單字長指令；指令字長度等于半個(gè)機(jī)器字長度的指令，稱為半字長指令；指令字長度等于兩個(gè)機(jī)器字長度的指令，稱為雙字長指令；余下以此類推。另一種是可變格式，即操作碼的長度可變，且分散地放在指令字的不同字段中。 但是 ， 如果三地址指令僅需 15條 ， 兩地址指令需 15條 ， 一地址指令需 15條 ， 零地址指令需 16條 ， 共 61條指令 ， 應(yīng)該如何安排操作碼 ？ 顯然 ， 只有 4b基本操作碼是不夠的 ， 必須將操作碼的長度向地址碼字段擴(kuò)展才行 。 Intel 8088是在 8086基礎(chǔ)之上推出的擴(kuò)展型準(zhǔn) 16b微型機(jī) ， 字長 16b， 但其外部數(shù)據(jù)總線 8b， 這樣便于與眾多的 8b外部設(shè)備連接 。 ESA／ 370增加了指令格式 ， 稱為擴(kuò)充格式 ， 有 16b操作碼 ，包括了向量運(yùn)算與 128b長度的浮點(diǎn)運(yùn)算指令 。 尋址方式分為兩大類：指令尋址方式和操作數(shù)尋址方式。 計(jì)算機(jī)組成原理 第四章 指令系統(tǒng) 22 1. 順序?qū)ぶ贩绞? 指令在內(nèi)存中是按地址順序安排的 ， 執(zhí)行程序時(shí) ， 通常是一條指令接一條指令順序進(jìn)行 。 圖 (b)所示的是指令跳躍尋址方式的示意圖 。 指令字中的地址碼字段 ， 通常是由形式地址和尋址方式特征位組成的 ， 并不是操作數(shù)的有效地址 。 2. 立即尋址方式 指令字中的地址字段指出的不是操作數(shù)的地址 ， 而是操作數(shù)本身 。 直接尋址方式表示形式為： 直接尋址方式又可分為寄存器直接尋址和存儲(chǔ)器直接尋址兩種 。間接尋址時(shí)，指令地址碼字段給出的不是操作數(shù)的真正地址，而是存放操作數(shù)地址的地址，換句話說就是形式地址 A所指定單元中的內(nèi)容才是操作數(shù)的有效地址。 有效地址 EA數(shù)學(xué)形式為： EA＝ (R)，即 Data＝ (EA)＝ ((R)) 寄存器間接尋址方式示意圖 O P I R R 存 儲(chǔ) 器 ┄ ┄ R E A ┄ ┄ ┄ 寄 存 器 E A D a t a ┄ 計(jì)算機(jī)組成原理 第四章 指令系統(tǒng) 30 （ 2） 存儲(chǔ)器間接尋 址方式 存儲(chǔ)器間接尋址時(shí) ， 需訪問兩次存儲(chǔ)器才能取得數(shù)據(jù) ， 第一次先從存儲(chǔ)器讀出操作數(shù)地址 ， 第二次才能根據(jù)讀出的操作數(shù)地址再取出真正的操作數(shù) 。 相對(duì)尋址方式示意圖 有效地址 EA數(shù)學(xué)形式為： EA＝ (PC) + Disp O P X P C D I s p 存 儲(chǔ) 器 ┄ E A D a t a ┄ P C 當(dāng) 前 執(zhí) 行 指 令 地 址 ┄ 程 序
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