【正文】 任務(wù)。 微體系結(jié)構(gòu)層 軟 件 系 統(tǒng) 硬 件 系 統(tǒng) 回顧：指令系統(tǒng)在計算機(jī)中的地位 4 設(shè)計指令系統(tǒng)的四點(diǎn)要求： 完備性 :指令齊全 ,編程方便。 匯編語言 是對計算機(jī)機(jī)器語言進(jìn)行符號化處理的結(jié)果 ,再增加一些為方便程序設(shè)計而實現(xiàn)的擴(kuò)展功能。 6 確定指 令系統(tǒng)的兩種思路 從降低硬件系統(tǒng)構(gòu)成的復(fù)雜程度、提高指令執(zhí)行的速度和并行性考慮，確定指令系統(tǒng)時有兩種思路： CISC（ Complex Instruction Set Computer）（ intel x86) 通常稱為復(fù)雜指令系統(tǒng)的計算機(jī)。 RISC（ Reduced Instruction Set Computer） (MIPS/POWER PC) 通常稱為精簡指令系統(tǒng)的計算機(jī)。 指令并行性好（多發(fā)射技術(shù)） 。比如上面的例子， C程序中的a*=b就可以直接編譯為一條乘法指令。 MUL A, B。 8 指令格式 指令表示 指令字 ：代表指令的一組二進(jìn)制代碼信息； 指令字長 ：指令字中二進(jìn)制代碼的位數(shù)。 OP A 0 A 1 9 指令表示 操作碼： 用來指明該指令所要完成的操作，如加法、減法、傳送、移位、轉(zhuǎn)移等等。 地址含義：主存的地址、寄存器地址或者 I/O設(shè)備地址。前者稱為短格式指令，后者稱為長格式指令。由于操作碼的長度、操作數(shù)地址的長度及指令格式不同，各指令的長度不是固定的，指令的長度通常為字節(jié)的整數(shù)倍。 12 操作碼組織與編碼 定長的操作碼的組織方案 在指令字最高位部分分配固定若干位用于表示操作碼。 使用頻度高的指令，采用較短的操作碼，使用頻度低的指令，采用較長的操作碼，使得指令系統(tǒng)的操作碼平均長度得到壓縮。 15… 12 11…… 8 7 …… 4 3…… 0 OP A1 A2 A3 4 位基本操作碼可表示 16個狀態(tài)， 如用 4 位操作碼，則能表示 16 條 三地址 指令， 若用 8 位操作碼，則可表示 256 條 二地址 指令， 而用 12位操作碼，則可表示 4096條 一地址 指令， 若 16位全用作操作碼，則可表示 65536條 零地址 指令 指令操作碼的擴(kuò)展技術(shù) 14 操作碼擴(kuò)展：指令字長 16位，可含有 1或 0 個地址，每個地址占 4位。 輸入輸出設(shè)備（接口）的一個寄存器。 操作數(shù)直接存放在指令中 指令操作數(shù)來源和去向 19 例： X、 Y、 Z是存放三個操作數(shù)的存儲單元地址。 也可換一個角度說，寫程序要使用哪些類型的指令呢？ 指令分類 23 輸入設(shè)備 輸出設(shè)備 入出接口和總線 外存設(shè)備 主存儲器 高速緩存 控 制 器 運(yùn) 算 器 使用硬件系統(tǒng)用到的基本指令 ADD SUB AND OR MVRR SHR RCL OUT STORE PUSH JUMP JRC JRNC JRZ JRNZ CALL RET LOAD POP IN 24 指令的功能和分類 指令用于設(shè)計程序 ，指令系統(tǒng)構(gòu)成最低級別的程序設(shè)計語言，程序設(shè)計人員通過指令直接指揮計算機(jī)的硬件完成某一個基本的運(yùn)算、處理功能，例如： 對數(shù) 值數(shù)據(jù)的算術(shù)運(yùn)算，對邏輯數(shù)據(jù)的邏輯運(yùn)算， 在計算機(jī)部件之間傳送、保存數(shù)據(jù)， 從外部向計算機(jī)內(nèi)輸入數(shù)據(jù)， 把計算機(jī)內(nèi)部計算結(jié)果輸出出來， 按照某種條件控制計算機(jī)選擇執(zhí)行某段程序， 當(dāng)然還有另外一些方面的更深層次的要求 等； 可以按照指令執(zhí)行的功能對它們們進(jìn)行分類。 在指令中給出 的操作數(shù)（或指令）的地址被稱為形式地址 ，使用形式地址信息并按一定規(guī)則 計算出來或 讀操作得到的 一個數(shù)值才是數(shù)據(jù)（或指令）的 實際地址 (有效地址、物理地址 )。 跳躍尋址方式 當(dāng)程序執(zhí)行轉(zhuǎn)移指令時，程序不再順序執(zhí)行，而是跳轉(zhuǎn)到另一個地址去執(zhí)行，此時， 由該條轉(zhuǎn)移指令的地址碼字段可以得到新指令地址，然后將其置入PC中。 1. CPU中的寄存器 訪問時只需給出寄存器號或隱含約定（根據(jù)操作碼）。通常不由指令直接給出，而由主機(jī)以命令字形式給出。 操作碼 OP 立即數(shù) S 定長格式： 變長格式 ： 基本指令 立即數(shù) S 數(shù)在指令中，其長度固定、位數(shù)有限。：立即數(shù)：立即數(shù)33 直接尋址方式 指令直接給出操作數(shù)地址 .操作數(shù)地址為寄存器地址則稱為寄存器直接尋址，操作數(shù)地址為存儲器地址則稱為存儲器直接尋址。目的：相對直接尋址，擴(kuò)大尋址范圍。 (SP)， 自減型間址 。 變址寄存器號 S =((RX)+ D) 格式 操作碼 OP RX D 形式地址 變址量 基準(zhǔn)地址（數(shù)值） 41 變址尋址方式 例 . 用變址方式訪問一組連續(xù)區(qū)間內(nèi)的數(shù)組元素。 比如 ： 4K 4K Rb M ... ... …... …... Rb D=2 D=2 學(xué)生姓名 性別 性別 年齡 年齡 學(xué)生姓名 44 變址與基址的區(qū)別： 變址與基址的區(qū)別： 變址 ：指令提供 基準(zhǔn)量 (不變 )， R提供 修改量 (可變 )；適于處理一維數(shù)組。 D 程序計數(shù)器，由寄存器號選定或隱含指定 S =((PC)177。 第 1種指令稱為 R型指令 ，完成寄存器之間數(shù)據(jù)運(yùn)算功能，例如， rd ← rs op rt ， rd ← (rs rt) ，即 rs的內(nèi)容比 rt的內(nèi)容小則置 ‘ 1’ rd，否則清 0； 第 2種指令稱為 I型指令 ，完成寄存器內(nèi)容和立即數(shù)之間的運(yùn)算功能，例如， rt ← rs op immediate ，存儲器讀寫功能， rt ← memory[base+offset] ， memory[base +offset]← rt ，相對轉(zhuǎn)移功能，若 rt = rs 轉(zhuǎn)移到地址 PC+offset *4 ；否則順序執(zhí)行，若rt rs 轉(zhuǎn)移到地址 PC+offset*4 ；否則順序執(zhí)行。 操作數(shù)尋址 方式有寄存器尋址、變址尋址、立即數(shù)尋址 3 種， 指令地址 支持相對尋址、偽直接地址 2種方式。 （ 2） 指令長度固定，指令格式種類少，尋址方式種類少。 （ 5） CPU中通用寄存器數(shù)量相當(dāng)多，可以減少訪存次數(shù)。指令前綴為可選。 2. 采用微程序控制，因為微程序控制器適合于實現(xiàn) CISC指令執(zhí)行過程的控制。 程序設(shè)計的主導(dǎo)思想是如何用一種語言 寫出解決問題的過程和具體算法 ， 切不可變成試用各種語句 的一個操作過程。把被加數(shù)送入 R0 802: MOV R1, 0120 。 33 69 教學(xué)機(jī)的匯編程序的例子 例 2： 例：設(shè)計一個小程序，完成在屏幕上輸出 0~9 十個數(shù)字符。 MOV R1， 0 ；置累加器初值為 0 MOV R2， 0A ；最大加數(shù) MOV R3， 0 ；加數(shù)初值 ADR： INC R ；加數(shù) ADD R1， R3 ；累加 CMP R3， R2 ；判斷是否累加完 JR NZ， ADR ；未累加完，開始下一輪累加 RET ；若完成，返回 功能：計算從 1 到 10 的累加和。 1 0 0 1 1 1 1 算術(shù)左移： 1 0 1 1 1 1 0 (15) (30) 74 （ 1）單符號位 ： 0 0111 0 1110 （ 2）雙符號位： 00 1110 00 0111 （ 3）移位規(guī)則 左移 右移 右移 0 0111 0 0011 左移 左移 右移 右移 01 1100 00 1110 00 0111 數(shù)符不變 （單：符號位不變；雙：第一符號位不變）。 右移空位補(bǔ) 1