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文档简介
第4章 指令系统,4.1指令的基本格式,1 CPU,(1)CPU是计算机的心脏,用来实现程序控制功能(自动从内存中读入指令和自动执行指令) (2)CPU内部结构,CPU由运算器、控制器组成; CPU中还有若干个寄存器,用来保存等待处理的数据;,1 CPU,(3)CPU的工作流程 例如:计算4+5的值,2 指令,电脑每做的一次动作,一个步骤,都是按照已经用计算机语言编好的程序来执行的。 程序是计算机要执行的指令的集合。 什么是指令?,2 指令,例如,让计算机计算一个梯形的面积,操作步骤如下:,输入上底的值a; 输入下底的值b; 输入高的值h; 计算梯形的面积s=(a+b)/2; 把s的值显示在屏幕上。,5 条 指令,程序,2 指令,(1)指令是计算机能够识别和执行的操作命令。 (2)在指令执行过程中,要求每个部件所完成的基本操作称为微操作。 (3)能够完成一定处理任务的指令序列就是计算机程序。,2 指令,1) 由0和1组成的二进制码。 2) 能为计算机识别并执行。 3) 依赖于某一类型的机器。 不同类型的CPU都有自己特有的、一定数量的基本指令。,3 指令系统,(1)一台计算机或一个计算机系统能够执行的各种指令的集合,称为计算机的指令系统。 (2)指令系统特性 1) 完备性:指令丰富,功能齐全,使用方便。 2) 有效性:程序占空间小,执行速度快。 3) 规整性:对称性、匀齐性,指令和数据格式的一致性。 4) 兼容性:系列机软件向上兼容,3 指令系统,复杂指令系统计算机,简称CISC。但是如此庞大的指令系统不但使计算机的研制周期变长,难以保证正确性,不易调试维护,而且由于采用了大量使用频率很低的复杂指令而造成硬件资源浪费。 精简指令系统计算机:简称RISC,人们又提出了便于VLSI技术实现的精简指令系统计算机。,4 指令格式,指令格式:用二进制代码表示指令的结构形式。 操作码表示操作的性质和功能。 地址码表示指令操作的对象,地址码的位数表示了直接访问的最大存储空间。,5 指令格式分类,三地址指令,二地址指令,一地址指令,OP,零地址指令,(Ad1)OP(Ad2) (Ad3),(Ad1)OP(Ad2) (Ad1),(AC)OP(Ad) AC,如停机,空操作,堆栈指令,目的地址,源地址,6 三地址指令,例:实现以下操作:,(A1)+(A2),(Ai),指令 ADD (A1), (A2), (Ai),有三地址指令,data1 data2,+,A1 A2 Ai,存储器,(Ad1)OP(Ad2) (Ad3) (PC) +1PC PC:程序计数器,存放当前要执行的指令地址,每取出一条指令后,PC的值自动递增取出下一条指令的地址。,7 二地址指令,ADD (A1), (A2);,(Ad1)OP(Ad2) (Ad1) (PC)+1PC,8 一地址指令,功能描述: 只有目的操作数的单操作数指令,如“+1”、“-1”、“求反” OP(A1) A1;(PC)+ 1 PC 隐含约定目的地的双操作数指令 (AC)OP(A1) AC; (PC)+ 1 PC ,9 零地址指令,OP,功能描述: 不需要操作数的指令,如停机、空操作、清除等 所需操作数是隐含指定的 对累加器AC内容进行操作 对堆栈内容进行操作,操作码(OP)与地址码(AC): 指令系统中每一条指令对应一个操作码; 操作码的位数取决于指令系统的规模; 地址码包括被操作数,操作数,操作结果,10 指令长度,指令长度=操作码长度+地址码长度 指令长度与功能 长度越长, 表达的意义越多, 功能越强; 长度越短, 则表达的意义越少, 功能越弱; 指令长度与复杂性 长度越长, 表达的意义越多, 硬件越复杂; 长度越短, 则表达的意义越少, 硬件越简单; 指令长度与速度 从单条指令的角度:长度越长, 读出该指令所花的时间越长 从系统的角度:指令长度仅是影响速度的因素之一。系统速度与硬件复杂性、软件的长度、编译程序等若干因素有关。,11 操作码格式,指令的操作码OP表示该指令应进行什么性质的操作,如进行加、减、乘、除、取数、存数等等。 组成操作码字段的位数一般取决于计算机指令系统的规模。 固定长度 优点:指令规整,译码简单 缺点:信息的冗余极大,使程序的总长度增加 可变长度,11 操作码格式,(1)定长操作码 定长操作码一般用于指令字较长的指令。让操作码的长度固定且集中地放在指令字的一个字段中。 若操作码固定为k位,它所能表示的操作最多是2k个。,11 操作码格式,(2)扩展操作码 操作码的长度可变,且分散地放在不同的字段中。,三地址指令 15条,二地址指令 15条,一地址指令 15条,零地址指令 16条,拓展,指令举例:,地址,操作码和操作数,00000
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