【正文】 匯編語言與硬件的關(guān)系密切，用它編寫的程序緊湊，占內(nèi)存小，速度快，特別適合于編寫經(jīng)常與硬件打交道的系統(tǒng)軟件；而高級語言不涉及機器的硬件結(jié)構(gòu)，通用性強，編寫程序容易，特別適合于編寫與硬件沒有直接關(guān)系的應(yīng)用軟件。用匯編語言編寫的程序，可作為高級語言的一個外部過程或函數(shù)，利用堆棧來傳遞參數(shù)或參數(shù)的地址 (如何傳遞參數(shù)與高級語言的版本有關(guān) )。 高級語言在編寫程序方面比匯編語言優(yōu)越得多，但并不是完美無缺的，它也存在著如下兩個缺陷： (1) 用高級語言編寫的程序，必須翻譯成機器語言才能執(zhí)行，這一工作通常是由計算機執(zhí)行編譯程序(Compiler)來完成。 總之，用匯編語言編寫程序仍然有諸多不便。因此，匯編語言仍然是一種面向計算機硬件的語言，程序員使用它編寫程序必須十分熟悉計算機硬件結(jié)構(gòu)的配置、指令系統(tǒng)和尋址方式，這就對程序員有很高的要求。 用助記符來表示二進制碼指令序列的語言，稱為匯編語言 (assembly language)，它基本上是與機器語言一一對應(yīng)的。因此，任何問題不管使用哪一種計算機語言 (匯編語言或某種高級語言 )描述，都必須通過翻譯程序轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的機器語言后才能執(zhí)行。 (5) 大部分指令在一個或小于一個機器周期內(nèi)完成。 計算機執(zhí)行程序所需要的時間 P可用下式表示： P=I CPI T 其中 I是高級語言程序編譯后在機器上運行的指令數(shù)，CPI為執(zhí)行每條指令所需的平均周期數(shù)， T是每個機器周期的時間。 復(fù)雜的指令系統(tǒng)必然增加硬件實現(xiàn)的復(fù)雜性，這不僅增加了研制時間和成本以及設(shè)計失誤的可能性，而且由于復(fù)雜指令需要進行復(fù)雜的操作，與功能較簡單的指令同時存在于一個機器中，很難實現(xiàn)流水線操作 (參見第 6章 )，從而降低了機器的速度。 RISC的產(chǎn)生與發(fā)展 1. RISC的產(chǎn)生 1975年 IBM公司開始研究指令系統(tǒng)的合理性問題，IBM的 John cocke提出精簡指令系統(tǒng)的想法。 圖形 象素操作、壓縮 / 解壓操作等。 系統(tǒng) 操作系統(tǒng)調(diào)用、虛擬存儲器管理等。 ? 分類 （ 8088/8086） 取數(shù) MOV AX， TEMP 存數(shù) MOV TEMP， AX 傳送 MOV AX， CX 定點＋，－， ， 247。 在保護模式， 4GB主存對處理器都是有效的，因此可執(zhí)行專門設(shè)計的特權(quán)指令及其有關(guān)的功能，包括支持多任務(wù)操作、存儲管理和保護、虛擬存儲器以及片內(nèi)的數(shù)據(jù) cache和指令 cache。這樣大的尋址空間允許 Intel的微處理執(zhí)行多任務(wù)，這在 8086是不可能實現(xiàn)的。 在以后發(fā)表的 Pentium， Pentium Ⅱ 以及 1999年 1月推出的 Pentium Ⅲ 微處理器中也都增加了一些指令，但仍保持軟件向上兼容的特點。 例如， Intel公司的 80 86微處理器系列是完全向上兼容的， Intel8086是 16位微處理器，它的指令由1～ 6個字節(jié)組成。 一臺新機器推出交付使用時，僅有少量系統(tǒng)軟件 (如操作系統(tǒng) )可提交用戶，大量軟件是不斷充實的，尤其是應(yīng)用程序，有相當(dāng)一部分是用戶在使用機器時不斷產(chǎn)生的，這就是所謂第三方提供的軟件。 (2) 高位相減：若上次運算后， C=0，減數(shù)取補碼；C=1，減數(shù)取反碼。 若減數(shù)為 0001 1110，則 (Y)補 =11100010， (XY)補 =X+(Y)補 =00101100+11100010=00001110。計算得： [Y]補 =11100110, [XY]補 =X+[Y]補 =00101100+11100110=00010010。 指令 操作說明 xK: ADD R2,R4 ；低位相加， R4←(R 2)+(R4)， 并根據(jù)運算結(jié)果置進位位 C。 空操作指令除了將程序計數(shù)器增量外 (若空操作指令為字節(jié)指令則加 1， 4字節(jié)指令則加 4)，不進行其他操作。需輸入輸出時，可通過系統(tǒng)調(diào)用，由操作系統(tǒng)來完成。 10. 特權(quán)指令 某些指令使用不當(dāng)會破壞系統(tǒng)或其他用戶信息，為了安全起見，這類指令只能用于操作系統(tǒng)或其他系統(tǒng)軟件，而不提供給用戶使用，稱為特權(quán)指令。 A是外部設(shè)備中的寄存器地址或設(shè)備碼，其長度一般為 8～16位，可以表示 256～ 64K個設(shè)備寄存器 (輸入數(shù)據(jù)寄存器 /輸出數(shù)據(jù)寄存器 /控制寄存器 )。例如，假設(shè)有一主程序 M和兩個子程序A， B，它們的調(diào)用關(guān)系是 M調(diào)用 A， A又調(diào)用 B，如圖 。 在堆棧結(jié)構(gòu)的計算機中，堆棧是用來提供操作數(shù)和保存運算結(jié)果的主要存儲區(qū)，大多數(shù)指令 (包括運算指令 )通過訪問堆棧來獲得所需的操作數(shù)或把操作結(jié)果存入堆棧中。 8. 堆棧及堆棧操作指令 堆棧 (stack)是由若干個連續(xù)存儲單元組成的先進后出(first in last out,簡稱 FILO)存儲區(qū)，第一個送入堆棧中的數(shù)據(jù)存放在棧底，最近送入堆棧中的數(shù)據(jù)存放在棧頂。因此，一旦出現(xiàn)故障，計算機就發(fā)出陷阱信號，并暫停當(dāng)前程序的執(zhí)行 (稱為中斷 )，轉(zhuǎn)入故障處理程序進行相應(yīng)的故障處理。這兩種方法的目的都是為了保證調(diào)用程序繼續(xù)執(zhí)行時寄存器內(nèi)容的正確性。 call指令與 jump指令、 branch指令的主要差別是需要保留返回地址，也就是說當(dāng)執(zhí)行完被調(diào)用的程序后要回到原調(diào)用程序，繼續(xù)執(zhí)行 call指令的下一條指令。這種程序段就稱為子程序或過程。 有的計算機還設(shè)置有奇偶標(biāo)志位 P。它先測試根據(jù)處理結(jié)果設(shè)置的條件碼，然后根據(jù)所測試的條件是否滿足來決定是否轉(zhuǎn)移，本書中用branch表示條件轉(zhuǎn)移指令。在大多數(shù)情況下，計算機是按順序方式執(zhí)行程序的，但是也經(jīng)常會遇到離開原來的順序轉(zhuǎn)移到另一段程序或循環(huán)執(zhí)行某段程序的情況。數(shù)據(jù)傳送時，數(shù)據(jù)從源地址傳送到目的地址，而源地址中的數(shù)據(jù)保持不變，因此實際上是數(shù)據(jù)復(fù)制。例如，從 ASCII碼轉(zhuǎn)換成 EBCDIC碼 (擴充的 BCD碼 )。在不具有十進制運算指令的計算機中，首先將十進制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)，再在機器內(nèi)運算；爾后又轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)據(jù)輸出。某些機器沒有設(shè)置浮點運算指令而用子程序?qū)崿F(xiàn)，其速度較低。算術(shù)左移或右移 n位，分別實現(xiàn)對帶符號數(shù)據(jù)乘以 2n或整除以 2n的運算；同樣，邏輯左移或右移 n位，分別實現(xiàn)對無符號數(shù)據(jù)乘以 2n或整除以 2n的運算。 通常計算機具有對兩個數(shù)進行與、或、非 (求反 )、異或 (按位加 )等操作的邏輯運算指令。 指令的分類及功能 1. 算術(shù)邏輯運算指令 一般計算機都具有這類指令。 以上這些尋址方式，在計算機中可以組合使用，例如在一條指令中可以同時實現(xiàn)基址尋址與變址尋址，其有效地址為： 基址寄存器內(nèi)容 +變址寄存器內(nèi)容 +指令地址碼 A 指令類型 指令系統(tǒng)決定了計算機的基本功能，因此指令系統(tǒng)的設(shè)計是計算機系統(tǒng)設(shè)計中的一個核心問題。這種方式的特點是取指時，操作碼和一個操作數(shù)同時被取出，不必再次訪問存儲器，提高了指令的執(zhí)行速度。如果位移量為 n位，則這種方式的尋址范圍在 (PC)2(n1)到(PC)+2(n1)1之間。 圖 確定 Jump指令的轉(zhuǎn)移地址 6. 相對尋址 把程序計數(shù)器 PC的內(nèi)容 (即當(dāng)前執(zhí)行指令的地址 )與指令的地址碼部分給出的位移量 (disp)之和作為操作數(shù)的地址或轉(zhuǎn)移地址，稱為相對尋址。間接尋址有一次間址和多次間址兩種情況，大多數(shù)計算機只允許一次間址。 基址寄存器主要用于為程序或數(shù)據(jù)分配存儲區(qū)，對多道程序或浮動程序很有用，實現(xiàn)從浮動程序的邏輯地址 (編寫程序時所使用的地址 )到存儲器的物理地址 (程序在存儲器中的實際地址，有時稱為有效地址 )的轉(zhuǎn)換。 2. 寄存器尋址 計算機的中央處理器一般設(shè)置有一定數(shù)量的通用寄存器，用以存放操作數(shù)、操作數(shù)的地址或中間結(jié)果。 尋址方式 尋址方式選用的依據(jù) （ 1）要與數(shù)據(jù)的表示方式相配合，對各種結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)能方便地進行存取和處理； （ 2）要與指令系統(tǒng)相匹配，依據(jù)對機器性能要求的高低來考慮選擇； （ 3）還要考慮硬件實現(xiàn)的可能性與復(fù)雜程度，成本高低，設(shè)備與價格增加的合理性。圖 字數(shù)據(jù)的兩種字節(jié)次序： (1) 低字節(jié)為低地址，如圖 (a)所示； (2) 高字節(jié)為低地址，如圖 (b)所示。 圖 存儲器中數(shù)據(jù)的存放 (舉例 ) 目前計算機所用數(shù)據(jù)字長一般為 32位。在同一臺計算機中可能既有短格式指令又有長格式指令，但通常是把最常用的指令 (如算術(shù)邏輯運算指令、數(shù)據(jù)傳送指令 )設(shè)計成短格式指令，以便節(jié)省存儲空間和提高指令的執(zhí)行速度。各指令的長度不是固定的，但也不是任意的。 ? 變長指令字結(jié)構(gòu) :各種指令字長度隨指令功能而異 。 它們之間關(guān)系如上：其中 L為指令字長度， N為機器字長度 ? 使用多字長指令 ， 目的在于提供足夠的地址位來解決訪問內(nèi)存任何單元的尋址問題 。 表 指令出現(xiàn)概率與操作碼長度的選擇 指令 概率 Pi(%) 操作碼 操作碼長度 (位 ) I1 45 00