【正文】 地寫出處理問題和解題過程的程序，力爭使程序設(shè)計工作的效率更高。 兼容性 :同一系列機軟件兼容 對設(shè)計指令系統(tǒng)的要求 對指令系統(tǒng)的要求很嚴(yán)格，既要支持程序設(shè)計人員 用它設(shè)計各種程序 ， 越簡單、方便越好 (相同算法實現(xiàn)所需的指令少 )，又要容易在計算機中 用硬件實現(xiàn)這些指令的處理功能 ， 越節(jié)省、高效越好 ，但這兩個方面的要求經(jīng)常是有矛盾的。 硬件系統(tǒng) 負責(zé)用于實現(xiàn)每條指令的功能，解決指令之間的連接關(guān)系； 軟件 由按一定規(guī)則組織起來的許多條指令組成，完成一定的數(shù)據(jù)運算或者事務(wù)處理功能。指令用于程序設(shè)計人員告知計算機執(zhí)行一個最基本運算、處理功能。 指令系統(tǒng)： 一臺計算機提供的全部指令構(gòu)成該計算機的 指令系統(tǒng) 。 指令系統(tǒng)優(yōu)劣是一個計算機系統(tǒng)是否成功的關(guān)鍵因素，同時也是設(shè)計一臺計算機的起點和基本依據(jù)。 5 3 個層次的程序設(shè)計語言 機器語言 是計算機 硬件能直接識別和運行的指令 的集合 ,是二進制碼組成的指令，用機器語言設(shè)計程序 基本不可行 。對編譯器的效率要求很高。 指令并行度差 。（ Alpha 處理器） 提供 數(shù)目較少 、 格式與功能簡單 、 運行高效 的指令，追求的是計算機控制器實現(xiàn)簡單，運行高速，更容易在單塊超大規(guī)模集成電路的芯片內(nèi)制做出來。 這種架構(gòu)會增加 CPU結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和對 CPU工藝的要求，但對于編譯器的開發(fā)十分有利。 MOV B, ADDRB。 這種架構(gòu)可以降低 CPU的復(fù)雜性以及允許在同樣的工藝水平下生產(chǎn)出功能更強大的 CPU，但對于編譯器的設(shè)計有更高的要求。 指令基本格式：一般由操作碼和操作對象兩部分組成 操作對象指一個或多個地址碼。 地址碼包括：源操作數(shù)地址、目的操作數(shù)地址和下一條指令的地址。 指令的長度與機器的字長沒有固定的關(guān)系，它既可以小于或等于機器的字長 ,也可以大于機器的字長 (增加取指時間 )。 11 指令的長度主要取決于操作碼的長度、操作數(shù)地址的長度和操作數(shù)地址的個數(shù)。 在 Pentium系列機中，指令格式也是可變的：由 8位、16位、 32位、 64位不等。 變長的操作碼的組織方案 (擴展操作碼 ) 不同的指令操作碼的位數(shù)可以變化，稱可變長操作碼。 13 假設(shè)某機器的指令長度為 16位，包括 4位基本操作碼和三個 4位地址碼段。 OP 18 指令操作數(shù)來源和去向 CPU內(nèi)部的通用寄存器： 操作數(shù)存放在 CPU的通用寄存器中，地址碼 A為寄存器號。 操作數(shù)存放在主存中，地址碼 A為其地址信息 立即數(shù)。需要在計算機中設(shè)置為使用和控制這幾個部件運行的相應(yīng)指令。 通常在指令中為每一個操作數(shù)專設(shè)一個地址字段，用來表示數(shù)據(jù)的來源或去向的地址。 指令在內(nèi)存中按順序存放，當(dāng)順序執(zhí)行一段程序時，根據(jù) PC從存儲器取出當(dāng)前指令， PC自動＋ 1，然后執(zhí)行這條指令 ；接著又根據(jù) PC指示從存儲器取出下一條指令， PC自動＋ 1， 執(zhí)行 …… 。 30 存儲結(jié)構(gòu)與存取方式 一個指令系統(tǒng)采用什么樣的尋址方式與存儲結(jié)構(gòu)及其存取方式有關(guān)。 31 存儲結(jié)構(gòu)與存取方式 4. 外存 訪問時，用戶給出文件名，系統(tǒng)給出外存的尋址信息。 32 基本尋址方式 1. 立即尋址方式 由指令直接給出操作數(shù)。 例如： MOV R0,AAAA(教學(xué)機 ) MOV AL,5 MOV AX,3406H (x86) ：立即數(shù) 后，其長度可變。（受指令長度限制） 36 例 . 指令： INC [2022H] 1000H 1A00H 2022H 1B00H ... M 37 間接尋址方式 間接尋址方式 指令給出操作數(shù)的間接地址。 M 低 高 堆棧向上生成 壓棧： SP自動減 1，再存數(shù)。 出棧 ： S ... ... ... 40 變址尋址方式 變址尋址方式 指令給出一個寄存器號和一個地址量，寄存器內(nèi)容與地址量之和為有效地址。 格式 基址寄存器號 Rb 4K 操作碼 OP Rb D 位移量 S =((Rb)+ D) 基準(zhǔn)地址 相對于基址的位移 M ... ... …... …... Rb 4K D=2 D=2 43 基址尋址方式 便于訪問兩維數(shù)組中某類指定的元素。 格式 位移量 操作碼 OP PC 177。 MIPS32是 32位字長、典型 RISC結(jié)構(gòu)的計算機，其指令格式規(guī)范，只有３種，用到的尋址方式和指令條數(shù)少。有 3種 指令格式，即寄存器型、立即數(shù)型和轉(zhuǎn)移型。 op rs rt rd shamt funct 寄存器型 立即數(shù)型 轉(zhuǎn)移型 op rs rt address / immediate op target 例如： add $1, $2, $3 R3←R1+R2 例如： lw $1, $2, 100 R2←M[R1+100] addi $1, $2, 100 R2←R1+100 例如： j 8000 轉(zhuǎn)移到 PC[31..28] 8000 4 6 5 5 5 5 6 50 MIPS指令集具有以下特點 ： （ 1） 指令系統(tǒng)設(shè)計時選擇一些使用頻率較高的簡單指令，且選擇一些很有用但不復(fù)雜的指令。超級標(biāo)量及超級流水線技術(shù)，增加了指令執(zhí)行的并行度，使得一條指令的平均指令執(zhí)行時間小于一個機器周期。 設(shè)計特點 （ RISC的特點） 52 典型指令系統(tǒng) intel Pentium CISC代表 指令表示： 主要由兩部分組成：指令前綴，指令本身。指令串行執(zhí)行，大多數(shù)指令需要多個時鐘周期完成。 54 習(xí)題 鞏固概念 1 指令系統(tǒng)中采用不同尋址方式的目的是（） ，擴大尋址空間，提高編程靈活性 55 2 為了縮短指令中某個地址段的位數(shù)，有效的方法是采取（） A. 立即尋址 B. 變址尋址 C. 間接尋址 D. 寄存器尋址 56 3 假定指令中地址碼給出的是操作數(shù)的有效地址，則該指令采用的尋址方式是（） A. 立即 B. 直接 C. 基址 D. 相對 57 4 設(shè)指令中的地址碼為 A,變址寄存器為 X，程序計數(shù)器為 PC，則變址尋址方式的操作數(shù)地址為（） A . (PC)+A B. (A)+(X) C. (A+X ) D. A+(X) 58 5 設(shè)指令中的地址碼為 A,變址寄存器為 X，基址寄存器為 B,程序計數(shù)器為 PC，則變址間接尋址方式的操作數(shù)地址為（） A. (X)+(A) B. (X+B) C. ((X)+A) D. (A)+(PC) 59 6 某機器字長為 16位，主存按字節(jié)編址，轉(zhuǎn)移指令采用相對尋址，由兩個字節(jié)組成，第一字節(jié)為操作碼字段，第二字節(jié)為相對位移量字段，假設(shè)取指令時，每取一個字節(jié) PC 自動加 1，若某轉(zhuǎn)移指令所在主存地址為 2022H,相對位移量字段的內(nèi)容為 06H,則該轉(zhuǎn)移指令成功轉(zhuǎn)移后的目標(biāo)地址是（） A 2022H B 2022H C 2022H D 2022H 60 7 采用相對尋址方式的轉(zhuǎn)移指令占兩個字節(jié)，第一字節(jié)為操作碼字段，第二字節(jié)為相對位移量字段（補碼表示），假設(shè)取指令時，每取一個字節(jié) PC 自動加 1，假設(shè)執(zhí)行到該轉(zhuǎn)移指令時 PC的內(nèi)容為 2022H,要求轉(zhuǎn)移到 200AH,則該轉(zhuǎn)移指令第二字節(jié)的內(nèi)容應(yīng)該為（） A 05H B 08H