【正文】 R1表示將 R0寄存器的內(nèi)容作為地址，到內(nèi)存中取出該地址所指向的單元內(nèi)容作為源點(diǎn)操作數(shù)，和作為終點(diǎn)操作數(shù)的 R1寄存器的內(nèi)容相加以后，將結(jié)果存入 R1寄存器中。通常二地址指令又稱為雙操作數(shù)指令。 AC1 操作碼 OC （ 6/9） （ 1）把保存操作前原來(lái)操作數(shù)的地址稱為源點(diǎn)地址 (SS)，把保存指令執(zhí)行結(jié)果的地址稱為終點(diǎn)地址或目的地址 (DD)。所謂 “ 隱含 ”是指此操作數(shù)在指令中不出現(xiàn)，而是按照事先約定由寄存器默認(rèn)提供，運(yùn)算結(jié)果仍送到寄存器中。如加 減 移位等單操作數(shù)指令。 （ 4/9） C、堆棧的操作 設(shè)數(shù)據(jù)進(jìn)棧方向?yàn)閺母叩刂废虻偷刂钒l(fā)展，當(dāng)向堆棧壓入數(shù)據(jù)時(shí)， SP的內(nèi)容先自動(dòng)遞減而指向一個(gè)新的空棧頂單元，再把數(shù)據(jù)寫(xiě)入此棧頂單元；當(dāng)數(shù)據(jù)彈出堆棧時(shí)，立即讀出 SP所指向的棧頂單元內(nèi)容，再把 SP內(nèi)容自動(dòng)遞增而指向新的棧頂位置。 （ b）實(shí)現(xiàn)程序調(diào)用，子程序嵌套調(diào)用和遞歸調(diào)用。 （ c）堆棧中的數(shù)據(jù)采用 “ 先進(jìn)后出 ” 或 “ 后進(jìn)先出 ” 的存取工作方式。 操作碼 OC （ 3/9） A、堆棧的概念 （ a）是若干個(gè)存儲(chǔ)單元 (或寄存器 )的有序集合，它順序地存放一組元素。如空操作指令，停機(jī)指令等。 （ 2）指令字長(zhǎng) =操作碼的位數(shù) +(操作數(shù)地址個(gè)數(shù) )*(操作數(shù)地址碼位數(shù) ) 地址碼字段 AC 操作碼字段 OC （ 2/9） 一、指令格式 這是一種沒(méi)有操作數(shù)地址部分的指令格式。 （ 1）每條指令都要求它的操作碼必須是獨(dú)一無(wú)二的位組合。 （ 1/9） ? 兩個(gè)字段：操作碼字段 +操作數(shù)地址字段： 操作碼是指明指令操作性質(zhì)的命令碼。 計(jì)算機(jī)語(yǔ)言與硬件結(jié)構(gòu)的關(guān)系 ? 高級(jí)語(yǔ)言的語(yǔ)句和用法與具體機(jī)器的指令系統(tǒng)無(wú)關(guān)； ? 低級(jí)語(yǔ)言分機(jī)器語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言，他們和具體機(jī)器的指令系統(tǒng)密切相關(guān)。 ：對(duì)稱性，勻齊性，指令格式和數(shù)據(jù)格式的一致性。 ? 一個(gè)完善的指令系統(tǒng)應(yīng)滿足： ：指令豐富，功能齊全，使用方便。 （ 3）指令的格式與數(shù)據(jù)格式的一致性：指令長(zhǎng)度與數(shù)據(jù)長(zhǎng)度有一定關(guān)系，以方便存取和處理。 （ 1）對(duì)稱性：在指令系統(tǒng)中，所有寄存器和存儲(chǔ)單元都可同等對(duì)待，這對(duì)簡(jiǎn)化程序設(shè)計(jì)，提高程序的可讀性非常有用。高效率主要表現(xiàn)在空間和時(shí)間方面，即占用存儲(chǔ)空間小、執(zhí)行速度快。 ? 完善的計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)應(yīng)具備： 完備性 ：一臺(tái)計(jì)算機(jī)中最基本的、必不可少的指令構(gòu)成了指令系統(tǒng)的完備性。 ?CISC和 RISC 計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)的發(fā)展與性能 ? 指令系統(tǒng)決定了計(jì)算機(jī)的基本功能，指令系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)核心問(wèn)題。是硬件和軟件間的界面。 它是機(jī)器硬件設(shè)計(jì)的依據(jù)，也是軟件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。第 5章 指令系統(tǒng) 指令系統(tǒng)的發(fā)展 指令格式 數(shù)據(jù)表示 尋址方式（編址方式） 指令類(lèi)型 指令系統(tǒng)的兼容性 精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)（ RISC）和復(fù)雜指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)（ CISC） 機(jī)器語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言和高級(jí)語(yǔ)言 教學(xué)目標(biāo) ? 了解指令系統(tǒng)的發(fā)展與性能要求 ? 掌握指令格式和尋址方式 教學(xué)重點(diǎn) ? 指令格式 ? 擴(kuò)展操作碼 ? 尋址方式 概 述 ?指令： 是指示計(jì)算機(jī)某種操作的命令。 微指令，機(jī)器指令，宏指令 ?指令系統(tǒng)： 一臺(tái)計(jì)算機(jī)中所有機(jī)器指令的集合。 它決定了一臺(tái)計(jì)算機(jī)硬件的主要性能和基本功能。 ?系列計(jì)算機(jī)： 有共同的指令集，相同的基本體系結(jié)構(gòu)。它不僅與計(jì)算機(jī)的硬件設(shè)計(jì)緊密相關(guān)，而且直接影響到系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的難易程度。 有效性 ：指利用該指令系統(tǒng)所提供的指令編制的程序能夠產(chǎn)生高效率。 規(guī)整性 ：指令操作的對(duì)稱性和勻齊性，指令格式與數(shù)據(jù)格式的一致性。 （ 2）勻齊性：是指一種操作性質(zhì)的指令可以支持各種數(shù)據(jù)類(lèi)型。 兼容性 ：兼容性一般是指計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本相同，機(jī)器之間具有相同的基本結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)表示和共同的基本指令集合。 ：程序占空間小，執(zhí)行速度快。 ： “ 向上兼容 ” 系列機(jī)中低檔機(jī)上運(yùn)行的軟件可以在高檔機(jī)上運(yùn)行。 ? 匯編語(yǔ)言與硬件的關(guān)系密切，編寫(xiě)的程序緊湊、占內(nèi)存小、速度快，特別適合與編寫(xiě)經(jīng)常與硬件打交道的系統(tǒng)軟件；而高級(jí)語(yǔ)言不涉及機(jī)器的硬件結(jié)構(gòu)，通用性強(qiáng)、編寫(xiě)程序容易，特別適合與編寫(xiě)與硬件沒(méi)有直接關(guān)系的應(yīng)用軟件。它提供指令的操作控制信息。 （ 2）指令系統(tǒng)中指令的個(gè)數(shù) N與操作碼的位數(shù) n，必須滿足關(guān)系式： N≤2n （ 1）地址碼：用來(lái)描述該指令的操作對(duì)象。 這種指令有兩種可能： （ 1）無(wú)需任何操作數(shù)。 （ 2）所需的操作數(shù)是默認(rèn)的：堆棧。 （ b）數(shù)據(jù)的存取都只能在棧頂單元內(nèi)進(jìn)行，即數(shù)據(jù)的進(jìn)棧與出棧都只能經(jīng)過(guò)棧頂單元這個(gè) “ 出入口 ” 。 B、 堆棧結(jié)構(gòu)在計(jì)算機(jī)中的作用 （ a）具有堆棧結(jié)構(gòu)的機(jī)器使用零地址指令，這不僅合指令長(zhǎng)度短，指令結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，機(jī)器硬件簡(jiǎn)化。 （ c）對(duì)于 “ 中斷 ” 技術(shù)，堆棧更是不可缺少的，保存 “ 斷點(diǎn) ” 和 “ 現(xiàn)場(chǎng) ” 。即 PUSH X； (SP)1?SP (X)?(SP) POP X； ((SP))?X (SP)+1?SP （ 5/9） （ 1）指令中給出的一個(gè)地址即是操作數(shù)的地址，又是操作結(jié)果的存儲(chǔ)地址。 （ 2）在某些計(jì)算機(jī)中，指令中提供的一個(gè)地址提供一個(gè)操作數(shù)，另一個(gè)操作數(shù)是由機(jī)內(nèi)硬件寄存器 “ 隱含 ” 地自動(dòng)提供的。因?yàn)檫@個(gè)寄存器在連續(xù)運(yùn)算時(shí)，保存著多條指令連續(xù)操作的累計(jì)結(jié)果，故稱為累加器 (AC)。 （ 2）將源點(diǎn)與終點(diǎn)操作數(shù)進(jìn)行操作碼規(guī)定的操作后，將結(jié)果存入終點(diǎn)地址。 例如，雙操作數(shù)加法指令： ADD R0， R1表示將 R0寄存器的內(nèi)容和 R1寄存器的內(nèi)容相加以后，將結(jié)果存入 R1寄存器中。 AC1 操作碼 OC AC2 ? 二地址指令格式中，從操作數(shù)的物理位置來(lái)說(shuō)，又可歸結(jié)為三種類(lèi)型。 ? 寄存器 寄存器（ RR）型指令： 需要多個(gè)通用寄存器或個(gè)別專(zhuān)用寄存器，從寄存器中取操作數(shù)，把操作結(jié)果放到另一寄存器。 ? 寄存器 存儲(chǔ)器（ RS）型指令： 執(zhí)行此類(lèi)指令時(shí)，既要訪問(wèn)內(nèi)存單元，又要訪問(wèn)寄存器。例如： ADD X Y Z 含義為 （ X） +（ Y） ?Z 即 X單元內(nèi)容加上 Y單元內(nèi)容，結(jié)果送Z單元中。 （ 1）含義： ADD X Y Z W A、（ X） +（ Y） → Z B、（ W） → 下一條指令地址 （ 2）特點(diǎn)： A、直觀明了； B、程序執(zhí)行的流向明確； C、操作數(shù)和結(jié)果可以分散在內(nèi)存各處。 AC1 操作碼 OC AC4 AC3 AC2 （ 1/3） 一、操作碼和地址碼間的權(quán)衡（操作碼有兩種編碼格式） 固定格式：操作碼長(zhǎng)度固定，且集中放在指令字的一個(gè)字段中。 二、擴(kuò)展操作碼 要點(diǎn)： （ 1）操作碼位數(shù)隨地址碼個(gè)數(shù)變化采取可變長(zhǎng)度的類(lèi)型； （ 2）指令間指令碼一定不重復(fù)； （ 3）根據(jù)需要靈活變通。 （ 1）方法一：固定格式，則最多可以設(shè)計(jì) 16條三地址指令 方法二：擴(kuò)展操作碼，具體方法如下： (1) 15條三地址指令的操作碼由 4位基本操作碼從0000～ 1110給出，剩下一個(gè)碼點(diǎn) 1111用于把操作碼擴(kuò)展到 A1，即 4位擴(kuò)展到 8位； (2) 15條二地址指令的操作碼由 8位操作碼從11110000～ 11111110給出，剩下一個(gè)碼點(diǎn) 11111111用于把操作碼擴(kuò)展到 A2，即從 8位擴(kuò)展到 12位； (3) 15條一地址指令的操作碼由 12位操作碼從111111110000～ 111111111110給出，剩下一個(gè)碼點(diǎn)111111111111用于把操作碼擴(kuò)展到 A3，即從 12位擴(kuò)展到 16位； (4) 16條零地址指令的操作碼由 16位操作碼從1111111111110000～ 1111111111111111給出。在可變長(zhǎng)度的指令系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，到底使用何種擴(kuò)展方法有一個(gè)重要的原則，就是使用頻度 (即指令在程序中的出現(xiàn)概率 )高的指令應(yīng)分配短的操作碼；使用頻度低的指令相應(yīng)地分配較長(zhǎng)的操作碼。 假如某計(jì)算機(jī)模型有 7條指令 (I1～ I7)，它們?cè)诔绦蛑谐霈F(xiàn)的概率用 Pi表示，則可考慮表 ，這就是擴(kuò)展操作碼，使用頻率高的指令的操作碼為2位，低的用 4位。另外在計(jì)算機(jī)內(nèi)存放的指令長(zhǎng)度一般是字節(jié)的整數(shù)倍，所以操作碼與地址碼兩部分長(zhǎng)度之和是字節(jié)的