【正文】 方便越好 (相同算法實現(xiàn)所需的指令少 )，又要容易在計算機中 用硬件實現(xiàn)這些指令的處理功能 ， 越節(jié)省、高效越好 ，但這兩個方面的要求經(jīng)常是有矛盾的。 匯編語言 是對計算機機器語言進行符號化處理的結(jié)果 ,再增加一些為方便程序設(shè)計而實現(xiàn)的擴展功能。 高級語言 又稱算法語言，它的實現(xiàn)思路，不再是過分地? 靠攏 ? 計算機硬件的指令系統(tǒng)，而是著重面向解決實際問題所用的算法，瞄準的是如何使程序設(shè)計人員能夠方便地寫出處理問題和解題過程的程序，力爭使程序設(shè)計工作的效率更高。 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。 其特點是： 指令條數(shù)多 ， 格式多樣 ， 尋址方式復(fù)雜 ，每條 指令的功能強 ，優(yōu)點是匯編程序設(shè)計容易些，但計算機控制器的 實現(xiàn)困難多（ Intel 4G 處理器的流產(chǎn) /Power PC） ，很多指令被使用的機會比較少。 RISC（ Reduced Instruction Set Computer） (MIPS/POWER PC) 通常稱為精簡指令系統(tǒng)的計算機。 其核心思想是：讓軟件做更多的事情，提高簡單指令的執(zhí)行效率。 指令并行性好（多發(fā)射技術(shù)） 。它完成的操作首先將 ADDRA, ADDRB中的數(shù)據(jù)讀入寄存器，相乘和將結(jié)果寫回內(nèi)存的操作全部依賴于 CPU中設(shè)計的邏輯來實現(xiàn)。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。 RISC上實現(xiàn)相同的功能： MOV A, ADDRA。 MUL A, B。共需要 4條指令。 8 指令格式 指令表示 指令字 ：代表指令的一組二進制代碼信息； 指令字長 ：指令字中二進制代碼的位數(shù)。但會占用存儲空間多，讀取指令的時間可能增加。 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。 地址碼： 用來尋找運算所需要的操作數(shù)（源操作數(shù)和目的操作數(shù)）。 地址含義：主存的地址、寄存器地址或者 I/O設(shè)備地址。首先，字長決定了計算機的運算精度，字長越長計算機的運算精度越高，因此高性能的計算機字長較長。前者稱為短格式指令，后者稱為長格式指令。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。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。這對于字長較短（ 8位或16位）的微型機來說遠遠滿足不了實際需要，擴大尋址能力的方法，一是通過增加機器字長來增加地址碼的長度；二是采用地址擴展技術(shù)，把存儲空間分成若干個段，用基地址加位移量的方法來增加地址碼的長度。 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。如 IBM370和 VAX11系列機，操作碼長度均為 8位。 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。如 PDP11， Intel8086/80386等。 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 指令操作碼的擴展技術(shù) 14 操作碼擴展：指令字長 16位，可含有 1或 0 個地址，每個地址占 4位。例如在 16位字中的指令字中，可以選用如下方案支持三地址指令、二地址指令、一地址指令和零地址指令 1 3 16條： 16條零地址為： 1111111111110000~1111111111111111 14條三地址為： 0000 ~ 1101 (保留 11 1111 兩個碼 ) 30條二地址為： 11100000 ~11111101 （保留 2個碼） 31條一地址為： 111111100000 ~111111111110 (保留 1個碼 ) 指令操作碼的擴展技術(shù) 16 操作數(shù)個數(shù) （ 1）三地址指令： （ A1） OP（ A2） → A3 OP A1 A2 A3 （ 2）二地址指令： （ A1） OP（ A2） → A1 A1：目的操作數(shù) A2：源操作數(shù) （ 3）單地址指令： （ ACC） OP（ A） → ACC OP（ A） → A 單目操作：如 NEG、 INC等指令 OP A1 A2 OP A 17 操作數(shù)個數(shù) （ 4）零地址指令 不涉及操作數(shù)：如 NOP、 HLT指令 操作數(shù)隱含：如 PUSH、 POP指令 對于寄存器類型的操作數(shù)，地址A指寄存器編號。 輸入輸出設(shè)備（接口）的一個寄存器。（ IO統(tǒng)一編址 : MIPS IO單獨編址： x86) 主存儲器的一個存儲單元。 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。通常情況下一臺計算機需要提供哪些指令呢？ 計算機用于計算和處理數(shù)據(jù)，為此，要在計算機硬件系統(tǒng)中設(shè)置 5 種類型的部件： 運算器部件 、 控制器部件 、 存儲器部件 、 輸入設(shè)備 、 輸出設(shè)備 ，各自承擔數(shù)據(jù)運算 、 系統(tǒng)指揮控制 、 保存當前程序和數(shù)據(jù) 、執(zhí)行 輸入 和執(zhí)行 輸出 的功能。 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 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的硬件完成某一個基本的運算、處理功能，例如： 對數(shù) 值數(shù)據(jù)的算術(shù)運算，對邏輯數(shù)據(jù)的邏輯運算， 在計算機部件之間傳送、保存數(shù)據(jù)， 從外部向計算機內(nèi)輸入數(shù)據(jù)， 把計算機內(nèi)部計算結(jié)果輸出出來， 按照某種條件控制計算機選擇執(zhí)行某段程序， 當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行分類。 一個指令系統(tǒng)采用什么樣的尋址方式與存儲結(jié)構(gòu)及其存取方式有關(guān)。 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 )。在程序順序執(zhí)行時，指令的地址碼由 PC自加1得出。 跳躍尋址方式 當程序執(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。操作數(shù)的真實地址稱為有效地址，記作 EA，它是由尋址方式和形式地址共同來確定的。 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）。 2. 主存 訪問時應(yīng)給出相應(yīng)的存儲單元號 3. 堆棧 堆棧的操作在棧頂實現(xiàn)，棧頂?shù)刂酚卸褩Ｖ羔樇拇嫫?SP給出，用隱地址訪問。通常不由指令直接給出，而由主機以命令字形式給出?？蓪⑦@些寄存器與主存統(tǒng)一編址，或為其分配專門的 I/O端口地址。 操作碼 OP 立即數(shù) S 定長格式：