计算机组成原理第4章-指令系统(软)

1、比比 较较 内内 容容高高 级级 语语 言言 低低 级级 语语 言言1 1 对程序员的训练要求对程序员的训练要求 (1)(1)通用算法通用算法 有有 有有 (2)(2)语言规则语言规则 较较 少少 较较 多多 (3)(3)硬件知识硬件知识 不不 要要 要要2 2 对机器独立的程度对机器独立的程度 独独 立立 不不 独独 立立3 3 编制程序的难易程度编制程序的难易程度 易易 难难4 4 编制程序所需时间编制程序所需时间 短短 较较 长长5 5 程序执行时间程序执行时间 较较 长长 短短6 6 编译过程中对计算机资源的要求编译过程中对计算机资源的要求 多多 少少 操作码字段操作码字段 地址码字段

2、地址码字段4.3.1指令的寻址方式操作数或指令在存储器中的操作数或指令在存储器中的地址地址： 寻址方式寻址方式 ： 指令的寻址方式有两种指令的寻址方式有两种: 1. ; 2. 指令地址和数据地址的形成方式。指令地址和数据地址的形成方式。某个操作数或某条指令存放在某个存储单元时其存储单元的编号。某个操作数或某条指令存放在某个存储单元时其存储单元的编号。指令地址在内存中按指令地址在内存中按顺序安排，当执行一段程顺序安排，当执行一段程序时，通常是一条指令接序时，通常是一条指令接一条指令的顺序执行。一条指令的顺序执行。从存储器取出第一条从存储器取出第一条指令，然后执行这条指令；指令，然后执行这条指令；

3、接着从存储器取出第二条接着从存储器取出第二条指令，在执行第二条指令；指令，在执行第二条指令；接着再取出第三条指接着再取出第三条指令令这种程序顺序执行这种程序顺序执行的过程，我们称为指令的的过程，我们称为指令的顺序寻址方式。顺序寻址方式。为此，必须使用程序为此，必须使用程序计数器（又称指令指针寄计数器（又称指令指针寄存器）存器）PC来计数指令的顺来计数指令的顺序号，该顺序号就是指令序号，该顺序号就是指令在内存中的地址。在内存中的地址。2.跳跃寻址方式跳跃寻址方式 6跳跃跳跃是为了实现程序的转移。是为了实现程序的转移。所谓所谓跳跃跳跃，是指下条指令的地址码不是由程序计数器给出，而是，是指下条指令的

4、地址码不是由程序计数器给出，而是由本条指令给出。由本条指令给出。跳跃后程序计数器的值修改为当前的跳转地址。跳跃后程序计数器的值修改为当前的跳转地址。形成操作数的有效地址的方法，称为操作数的寻址方式。形成操作数的有效地址的方法，称为操作数的寻址方式。操作数的寻址方式分类操作数的寻址方式分类：1.隐含寻址隐含寻址：不明显的给出而是隐含着操作数的地址：不明显的给出而是隐含着操作数的地址2.立即寻址立即寻址：指令的：指令的地址字段是操作数本身地址字段是操作数本身。 例如例如：单地址的移位指令格式为：单地址的移位指令格式为：OP(移位移位)FDF为标志位，当为标志位，当F1，操作数进行右移；当，操作数进

5、行右移；当F0时，操作数进行左移。时，操作数进行左移。在指令格式的地址字段中直接指出操作数在内存的地址D（Disp）。 有效地址（有效地址（E）（）（D）直接地址）直接地址间接寻址间接寻址形式地址形式地址D是是操作数地址的指示器操作数地址的指示器D单元的内容单元的内容才是操作数的才是操作数的有效地址有效地址。有效地址有效地址 E （D）间接地址）间接地址直接寻址和间接寻址的结合直接寻址和间接寻址的结合间接寻址方式是早期计算机中经常采用的方式，但由于两次访存，影响指令执行速度，现在已不大使用。操作码ID特征位特征位I0，表示直接寻，表示直接寻址，这时有效地址址，这时有效地址ED；I1，表示间接寻

6、址，这，表示间接寻址，这时有效地址时有效地址E（D）。）。寄存器寻址：寄存器寻址：操作数不放在内存中，而放在操作数不放在内存中，而放在CPU的通用寄存器中的通用寄存器中有效地址有效地址 E Reg 寄存器编号寄存器编号指令中给出的操作数地址是通用寄存器的编号指令中给出的操作数地址是通用寄存器的编号寄存器直接寻址：寄存器直接寻址：指令格式中的寄存器内容不是操作数，而是操指令格式中的寄存器内容不是操作数，而是操作数在内存中的地址作数在内存中的地址寄存器间接寻址：寄存器间接寻址：有效地址有效地址 E (Reg 寄存器编号寄存器编号)相对寻址优点相对寻址优点：程序员无须用指令的绝对地址编程，所编程序可

7、：程序员无须用指令的绝对地址编程，所编程序可以放在内存任何地方。以放在内存任何地方。有效地址有效地址 E PC + D程序计程序计数器数器形式地址形式地址D通常称通常称为偏移量，其值可为偏移量，其值可正可负，相对于程正可负，相对于程序计数器的值进行序计数器的值进行浮动。浮动。基址寻址优点：基址寻址优点：可以扩大寻址能力可以扩大寻址能力 有效地址有效地址 E RegA + D基址寄存器基址寄存器A形式地址形式地址D通常称通常称为偏移量，其值可为偏移量，其值可正可负，相对于基正可负，相对于基址寄存器的值进行址寄存器的值进行浮动。浮动。有效地址有效地址 E RegB + D变址寄存器变址寄存器B形式

8、地址形式地址D通常称通常称为偏移量，其值可为偏移量，其值可正可负，相对于变正可负，相对于变址寄存器的值进行址寄存器的值进行浮动。浮动。使用变址寻址方式目的：使用变址寻址方式目的：不在于扩大寻址空间，而在于实现程序不在于扩大寻址空间，而在于实现程序块的规律性变化。块的规律性变化。其中其中I为间接寻址标志位，为间接寻址标志位，X为寻址模式字段，为寻址模式字段，D为偏移量字段。通过为偏移量字段。通过I，X，D的组合，可构成下表所示的寻址方式。的组合，可构成下表所示的寻址方式。 请写出六种寻址方式的名称。请写出六种寻址方式的名称。解解： 直接寻址直接寻址相对寻址相对寻址变址寻址变址寻址寄存器间接寻址寄

9、存器间接寻址间接寻址间接寻址基址寻址基址寻址解解：第一种指令是单字长二地址指令，第一种指令是单字长二地址指令，RR型；第二种指令是双字长二地址型；第二种指令是双字长二地址指令，指令，RS型，其中型，其中S采用基址寻址或变址寻址，采用基址寻址或变址寻址，R由源寄存器决定；第三种也由源寄存器决定；第三种也是双字长二地址指令，是双字长二地址指令，RS型，其中型，其中R由目标寄存器决定，由目标寄存器决定，S由由20位地址（直接位地址（直接寻址）决定。寻址）决定。 处理机完成第一种指令所花时间最短，因为是处理机完成第一种指令所花时间最短，因为是RR型指令，不需要访问存型指令，不需要访问存储器。第二种指令

10、所花时间最长，因为是储器。第二种指令所花时间最长，因为是RS型指令，需要访问存储器，同时型指令，需要访问存储器，同时要进行寻址方式的变换运算（基址或变址），这也需要时间。第二种指令的要进行寻址方式的变换运算（基址或变址），这也需要时间。第二种指令的执行时间不会等于第三种指令，因为第三种指令虽然也访问存储器，但节省执行时间不会等于第三种指令，因为第三种指令虽然也访问存储器，但节省了求有效地址运算的时间开销。了求有效地址运算的时间开销。 根据已知条件：根据已知条件：MOV（OP）001010，STA（OP）011011，LDA（OP）111100,将指令的十六进制格式转换成二进制代码且比较后可知：将指令的十六进制格式转换成二进制代码且比较后可知：（F0F1）H （3CD2）H 指令代表指令代表LDA指令，编码正确，其含义是把主存指令，编码正确，其含义是把主存（13CD2）H 地址单元的内容取至地址单元的内容取至15号寄存器。号寄存器。（2856)H 指令代表指令代表MOV指令，编码正确，含义是把指令，编码正确，含义是把6号