計(jì)算機(jī)組成原理-第四章--指令系統(tǒng)(參考版)
2025-01-20 11:09本頁面
【正文】 為了解該語言 的特點(diǎn)，列出了目前流行的嵌入式處理機(jī) ARM的匯 編語言。RISC指令系統(tǒng)是目前計(jì)算機(jī)發(fā)展的主流，也是CISC指令系統(tǒng)的改進(jìn)，它的最大特點(diǎn)是：①指令條數(shù)少；②指令長度固定，指令格式和尋址方式種類少；③只有取數(shù) /存數(shù)指令訪問存儲器，其余指令的操作均在寄存器之間進(jìn)行。不同機(jī)器有不同的指令系統(tǒng)。前者比后者執(zhí)行的速度快。數(shù)據(jù)尋址方式有隱含尋址、立即尋址、直接尋址、間接尋址、寄存器尋址、寄存器間接尋址、相對尋址、基值尋址、變址尋址、塊尋址、段尋址等多種。形成操作數(shù)地址的方式，稱為數(shù)據(jù)尋址方式。 返回 70 本 章 小 結(jié) 形成指令地址的方式，稱為指令尋址方式。指令字長度分為：單字長、半字長、雙字長三種形式。 返回 69 本 章 小 結(jié) 操作碼字段表征指令的操作特性與功能，而地址碼字段指示操作數(shù)的地址。指令系統(tǒng)是表征一臺計(jì)算機(jī)性能的重要因素，它的格式與功能不僅直接影響到機(jī)器的硬件結(jié)構(gòu)，而且也影響到系統(tǒng)軟件。 用編輯程序建立好的匯編語言源程序，需要經(jīng)過系統(tǒng)軟件中的 “匯編器 ”翻譯為機(jī)器語言程序之后，才能交付給計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)去執(zhí)行。 返回 CAI CAI 表 (上) 表 (下) 67 ARM匯編語言 在進(jìn)行匯編語言程序設(shè)計(jì)時(shí)，可直接使用英文單詞或其縮寫表示指令，使用標(biāo)識表示數(shù)據(jù)或地址，從而有效地避免了記憶二進(jìn)制的指令代碼。 表 ARM的匯編語言。 ? CISC中，通過增強(qiáng)指令系統(tǒng)的功能，簡化了軟件，增加了硬件的復(fù)雜程度。 ? 現(xiàn)在用微程序?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜指令與用簡單指令組成的子程序相比，沒有多大的區(qū)別。 ? 輸入和輸出指令、字符串處理指令、特權(quán)指令、其他指令 64 基本指令系統(tǒng)的操作 ? 20%和 80%規(guī)律： CISC中大約有 20%的指令使用頻率高，占據(jù)了80%的處理機(jī)時(shí)間，而有 80%的不常用指令只占用處理機(jī)的 20%時(shí)間。寄存器 r5中獲得 h+A[30] STR r5,[r3,120] 。 C語言程序語句 A[30]=h+A[30] 可編譯成如下 3條匯編語言指令： LDR r5,[r3,120] 。 61 尋址方式舉例 [例 5] 將 ARM匯編語言翻譯成機(jī)器語言。 58 尋址方式舉例 Pentium的尋址方式 CAI 59 尋址方式舉例 方式 算法 立即 作數(shù) =A 寄存器 LA=R 偏移量 LA=(SR)+A 基址 LA=(SR)+(B) 基址帶偏移量 LA=(SR)+(B)+A 比例變址帶偏移量 LA=(SR)+(I) S+A 基址帶變址和偏移量 LA=(SR)+(B)+(I)+A 基址帶比例變址和偏移量 LA=(SR)+(B)+(I) S+A 相對 LA=(PC)+A Pentium的尋址方式 60 尋址方式舉例 [例 4] 一種二地址 RS型指令的結(jié)構(gòu)如下： 6位 4位 1位 2位 16位 OP 通用寄存器 I X 偏移量 D 其中 I為間接尋址標(biāo)志位， X為尋址模式字段， D為偏移量字段。 3個寄存器操作（ 5和 5）分別被指定在第 8字段。基值寄存器 3指定在第 4字段（ Rn），目的寄存器 5指定在第 6字段（ Rd），選擇 A[30]（ 120＝30 4）的 offset字段放在最后一個字段（ offset12）。將 h+A[30]存入到 A[30] 請問這 3條匯編語言指令的機(jī)器語言是什么？ 57 操作數(shù)基本尋址方式 解：首先利用十進(jìn)制數(shù)來表示機(jī)器語言指令，然后轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制機(jī)器指令。寄存器 r5中獲得 A[30] ADD r5 , r2 , r5 , 。已知 5條 ARM指令格式譯碼如下表所示： 設(shè) r3寄存器中保存數(shù)組 A的基值， h放在寄存器 r2中。每當(dāng) CPU從存儲器中取出 1個字節(jié)時(shí)，(PC)+1PC ? (1)若 PC當(dāng)前值是 240(十進(jìn)制 )，要求轉(zhuǎn)移到 290(十進(jìn)制 )，則轉(zhuǎn)移指令的第二，三字節(jié)的機(jī)器代碼是多少 ? (2)若 PC當(dāng)前值是 240(十進(jìn)制 )，要求轉(zhuǎn)移到 200(十進(jìn)制 )，則轉(zhuǎn)移指令的第二，三字節(jié)的機(jī)器代碼是多少 ? 解： (1)PC當(dāng)前值是 240，取出指令后后 PC的值是 243,要求轉(zhuǎn)移到290,相對位移是 290243=47,轉(zhuǎn)換成補(bǔ)碼是 2FH,數(shù)據(jù)在存儲器中采用以低字節(jié)地址為字地址的存放方式 ,第二字節(jié)是 2FH,第三字節(jié)是00H. ? (2) (1)PC當(dāng)前值是 240，取出指令后后 PC的值是 243,要求轉(zhuǎn)移到200,相對位移是 200243=43,轉(zhuǎn)換成補(bǔ)碼是 D5H, 第二字節(jié)是 D5H,第三字節(jié)是 FFH. 操作數(shù)基本尋址方式 ? 例 3 一條雙字長直接尋址的子程序調(diào)用指令，第一個字是操作碼和尋址特征，第二個字是地址碼 5000H,假設(shè) PC當(dāng)前值是 2022H,SP的內(nèi)容是 0100H,棧頂內(nèi)容是 2746H,存儲器按字節(jié)編址， CALL指令占四個字節(jié)，進(jìn)棧先執(zhí)行 (SP)2SP,問下列幾種情形下，PC,SP和棧頂內(nèi)容各是多少 ? (1)CALL指令被讀取前 ? (2)CALL指令被調(diào)用后 ? (3)子程序返回后 ? 解 :(1)CALL指令被讀取前， (PC)=2022H,(SP)=0100H,棧頂 2746H ? (2)CALL指令被調(diào)用后 ,程序斷點(diǎn) 2022H進(jìn)棧，棧頂2022H,(SP)=0100H2=00FEH,(PC)=子程序入口地址 5000H ? (3)子程序返回后，程序斷點(diǎn)出棧， (PC)=2022H， (SP)=0100H,棧頂內(nèi)容是 2746H 指令格式設(shè)計(jì) ? 例 4某機(jī)器字長是 16位，存儲器尋址空間是128字，變址時(shí)的位移量是 64+63,16個通用寄存器均可作為變址寄存器，設(shè)計(jì)一套指令系統(tǒng)，滿足下列尋址類型的要求 ? (1)直接尋址的二地址指令 3條 ? (2)變址尋址的一地址指令 6條 ? (3)寄存器尋址的二地址指令 8條 ? (4)直接尋址的一地址指令 12條 ? (5)零地址指令 32條 指令格式設(shè)計(jì) ? (1) OP A1 A2 00 01 10 ? 2 7 7 11作為擴(kuò)展 ? (2) OP Rx(寄存器 ) A 11000—11101 ? 5 4 7 11110和 11111擴(kuò)展 ? (3) OP Ri Rj 11110000—11110111 ? 8 4 4 11111000—11111111擴(kuò)展 ? (4) OP A
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