【正文】 置條件碼指令、開中斷指令、關(guān)中斷指令 停機(jī)指令、空操作指令、特權(quán)指令 27 尋址方式 什么叫尋址方式？ 尋址方式 （又稱編址方式）指的是確定本條指令的操作數(shù)地址及下一條要執(zhí)行的指令地址的方法。需要在計(jì)算機(jī)中設(shè)置為使用和控制這幾個(gè)部件運(yùn)行的相應(yīng)指令。分別用三地址、二地址、一地址結(jié)構(gòu)的指令實(shí)現(xiàn) （ X） +（ Y） 》 Z 的程序段，并分析比較， 見下圖： 指令格式 程序 特點(diǎn) 一地址結(jié)構(gòu) ADD X， Y， Z 只需一條指令，但指令長度較長 二地址結(jié)構(gòu) MOV Z， Y ADD Z， X 需兩條指令，但指令長度變短 三地址結(jié)構(gòu) LOAD X ADD Y STORE Z 需三條指令，指令長度最短 20 操作數(shù)類型與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式 (1) 操作數(shù)類型 地址 數(shù)字 字符 邏輯數(shù) 無符號(hào)整數(shù) 定點(diǎn)數(shù)、浮點(diǎn)數(shù)、二 _十進(jìn)制數(shù) ASCII 邏輯運(yùn)算， bit (2) 數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)器中的存放方式 字地址 為 低字節(jié) 地址 Intel 字地址 為 高字節(jié) 地址 Motorola 3 7 6 2 1 5 4 0 字地址 0 4 低字節(jié) 0 4 5 1 2 6 7 3 字地址 0 4 低字節(jié) 21 存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)存放 (存儲(chǔ)字長為 32 位 ) 地址 (十進(jìn)制 ) 0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 雙字 雙字（地址 32） 雙字 雙字（地址 24） 半字（地址 20） 半字（地址 22） 半字（地址 16） 半字（地址 18） 字節(jié) (地址 8) 字節(jié) (地址 9) 字節(jié) (地址 10) 字節(jié) (地址 11) 字（地址 4） 字（地址 0） 字節(jié) (地址 14) 字節(jié) (地址 15) 字節(jié) (地址 13) 字節(jié) (地址 12) 邊界對(duì)準(zhǔn) ? ? ? ? √ √ 22 指令 是用戶使用計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)本身運(yùn)行的最小的功能單元： ① 用于設(shè)計(jì)程序 , ② 指令是由多個(gè)二進(jìn)制位組成的數(shù)串 , ③ 計(jì)算機(jī)硬件可直接識(shí)別和執(zhí)行。 操作數(shù)存放在主存中，地址碼 A為其地址信息 立即數(shù)。 操作數(shù)存放在外設(shè)中，地址碼 A為其地址信息。 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(hào)。 操作碼 地址碼 15~ 12 11~ 8 7 ~ 4 3 ~ 0 0000 X Y Z 1110 X Y Z ... ... ... ... 1111 0000 Y Z 1111 1110 Y Z ... ... ... ... 三地址指令 15條 二地址指令 15條 1111 1111 0000 Z 1111 1111 1110 Z ... ... ... ... 一地址指令 15條 1111 1111 1111 0000 1111 1111 1111 1111 ... ... ... ... 零地址指令 16條 15 前面介紹的操作碼擴(kuò)展方案中，每次擴(kuò)展 4位并僅保留了 一個(gè)編碼 用于接下來的擴(kuò)展過程，當(dāng)每次擴(kuò)展的位數(shù)和保留的位數(shù)變化時(shí)，后面可擴(kuò)展的指令條數(shù)就可以變化。 13 假設(shè)某機(jī)器的指令長度為 16位，包括 4位基本操作碼和三個(gè) 4位地址碼段。 由于這種格式可有效地壓縮操作碼的平均長度，在字長較短的微機(jī)中被廣泛采用。 變長的操作碼的組織方案 (擴(kuò)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。 這種格式便于硬件設(shè)計(jì)，指令譯碼時(shí)間短，廣泛應(yīng)用于字長較長的、大中型計(jì)算機(jī)和超級(jí)小型計(jì)算機(jī)以及 RISC（ Reduced Instruction Set Computer）中。 在 Pentium系列機(jī)中，指令格式也是可變的：由 8位、16位、 32位、 64位不等。 地址碼長度決定了指令直接尋址能力，若為 n位，則給出的 n位直接地址尋址 2n字節(jié)。 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(gè)數(shù)。一條指令存放在地址連續(xù)的存儲(chǔ)單元中。 指令的長度與機(jī)器的字長沒有固定的關(guān)系，它既可以小于或等于機(jī)器的字長 ,也可以大于機(jī)器的字長 (增加取指時(shí)間 )。 10 指令字長與機(jī)器字長的關(guān)系 機(jī)器字長 是指計(jì)算機(jī)能直接處理的二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)，它與計(jì)算機(jī)的功能和用途有很大的關(guān)系，是計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)。 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。 位數(shù)反映了機(jī)器的操作種類，也即機(jī)器允許的指令條數(shù)，如果操作碼有 n位二進(jìn)制數(shù) ,則最多可表示2n種指令。 指令基本格式：一般由操作碼和操作對(duì)象兩部分組成 操作對(duì)象指一個(gè)或多個(gè)地址碼。 位數(shù)越多，所能表示的操作信息和地址信息也就越多，使指令功能豐富。 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(qiáng)大的 CPU，但對(duì)于編譯器的設(shè)計(jì)有更高的要求。 STR ADDRA, A。 MOV B, ADDRB。 RISC架構(gòu)只支持簡單寄存器乘法指令 MUL A, B 。 這種架構(gòu)會(huì)增加 CPU結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和對(duì) CPU工藝的要求，但對(duì)于編譯器的開發(fā)十分有利。 融合趨勢 ： CISC和 RISC融合的趨勢 7 CISC指令和 RISC指令舉例 CISC架構(gòu)乘法指令： MUL ADDRA, ADDRB 可以將內(nèi)存地址為 ADDRA和 ADDRB中的數(shù)相乘并將結(jié)果儲(chǔ)存在 ADDRA中。（ Alpha 處理器） 提供 數(shù)目較少 、 格式與功能簡單 、 運(yùn)行高效 的指令，追求的是計(jì)算機(jī)控制器實(shí)現(xiàn)簡單，運(yùn)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。 約翰 .科克 ( John Cocke ) 提出了著名的? 20%80%定律? (即只有 20%簡單的指令是經(jīng)常使用的 , 而其余 80%的復(fù)雜指令卻很少使用 ), 這是 RISC技術(shù)的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。 指令并行度差 。其核心思想是：為了提高效率 ,讓硬件做更多的事情。對(duì)編譯器的效率要求很高。依賴編譯器但效率很高。 5 3 個(gè)層次的程序設(shè)計(jì)語言 機(jī)器語言 是計(jì)算機(jī) 硬件能直接識(shí)別和運(yùn)行的指令 的集合 ,是二進(jìn)制碼組成的指令，用機(jī)器語言設(shè)計(jì)程序 基本不可行 。 規(guī)整性 :指令和數(shù)據(jù)的使用規(guī)則統(tǒng)一簡單，易學(xué)易記 高效性 :占內(nèi)存少 ,運(yùn)行省時(shí)。 指令系統(tǒng)優(yōu)劣是一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是否成功的關(guān)鍵因素，同時(shí)也是設(shè)計(jì)一臺(tái)計(jì)算機(jī)的起點(diǎn)和基本依據(jù)。 指令系統(tǒng)概述 3 匯編語言層 操作系統(tǒng)層 指令系統(tǒng)層 微體系結(jié)構(gòu)層 數(shù)字邏輯層 高級(jí)語言層 應(yīng)用層 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu) 指令系統(tǒng)層 處在硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)之間，是硬、軟件之間的接口部分。 指令系統(tǒng)： 一臺(tái)計(jì)算機(jī)提供的全部指令構(gòu)成該計(jì)算機(jī)的 指令系統(tǒng) 。計(jì)算機(jī)組成原理 第 5章 指令、指令系統(tǒng)和匯編語言程序設(shè)計(jì) 2 指令： 是計(jì)算機(jī)運(yùn)行的最小的功能單元，是指揮計(jì)算機(jī)硬件運(yùn)行的命令，是由二進(jìn)制位組成的位串，是計(jì)算機(jī)硬件可以直接識(shí)別和執(zhí)行的一個(gè)信息體。指令用于程序設(shè)計(jì)人員告知計(jì)算機(jī)執(zhí)行一個(gè)最基本運(yùn)算、處理功能。多條指令可以組成一個(gè)程序，完成一項(xiàng)預(yù)期的任務(wù)。 硬件系統(tǒng) 負(fù)責(zé)用于實(shí)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(yùn)算或者事務(wù)處理功能。 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(jì)算機(jī)中的地位 4 設(shè)計(jì)指令系統(tǒng)的四點(diǎn)要求： 完備性 :指令齊全 ,編程方便。 兼容性 :同一系列機(jī)軟件兼容 對(duì)設(shè)計(jì)指令系統(tǒng)的要求 對(duì)指令系統(tǒng)的要求很嚴(yán)格，既要支持程序設(shè)計(jì)人員 用它設(shè)計(jì)各種程序 ， 越簡單、