计算机组成原理-指令系统.ppt

1、College of Computer Science 变址用于数组处理示例 LDA #0 ;累加器ACC赋初值0 LDX #0 ;变址寄存器IX赋初值0 M: ADD X,D ;ACC+IX+DACC INX ;IX增1 CPX #N ;比较IX和N的大小关系 BNE M ;若IX小于N,则跳转M，循环 DIV #N ;否则，跳出循环，ACCNACC STA ANS ;将ACCANS, ANS为主存变量名,D指向数组首地址 IX为下标,通过改变IX，遍历数组,鲁东大学 LUDONG UNIVERSITY,数据寻址方式,(9)相对寻址 -有效地址，相对于当前程序计数器PC的内容，加上偏移量,有

2、效地址 EA=(PC)+A,常用于跳转指令，相对于当前PC值跳转，故与绝对位置无关,A为补码形式，故可寻址(PC)-2n-1(PC)+2n-1-1,JMP * 3,PC,EA,执行指令时 已完成PC+1,PC=1001,EA=1004,JMP * -3,PC=1005,EA=1002,鲁东大学 LUDONG UNIVERSITY,数据寻址方式,EX:设相对寻址的转移指令占3个字节，第一字节为操作码，第二、三字节为相对位移量，且数据存放采用低字节存放在低地址的方式。每当CPU从存储器取指令时，每取出一个字节，自动完成PC+1PC。 若PC当前值为240，要求转移到290，则转移指令的二、三字节机

3、器码为多少？ 若PC当前值为240，要求转移到200，则转移指令的二、三字节机器码为多少？,指令为3B，所以当前PC值为指令地址+3,(1) 偏移量=目的地址-当前PC值 =290 (240+3) = 47,(2) 偏移量=目的地址-当前PC值 =200 (240+3) = -43,偏移量为补码编码方式,(47)10补 = 00 2FH,(-43)10补 = FF D5H,鲁东大学 LUDONG UNIVERSITY,数据寻址方式,立即寻址,寄存器寻址,隐含寻址,直接寻址,间接寻址,寄存器间接寻址,基址寻址,变址寻址,相对寻址,设 形式地址A长 N 位，存储字长=寄存器长度为 L 位,不需访存

4、,1次,一次间址2次,1次,1次,1次,非跳转指令1次,EA = Ri,EA = A,EA = (A),EA = (Ri),EA = (BR)+A,EA = (IX)+A,EA = (PC)+A,2N,2L,2L,2L + 2N,2L,2N,鲁东大学 LUDONG UNIVERSITY,数据寻址方式,P335 7.16 某机主存容量4M16b,存储字长=指令字长，若该机指令系统可完成108种操作，操作码位数固定，且具有直接、间接、变址、基址、相对、立即等六种寻址方式。 画出一地址指令格式并指出各字段的作用； 该指令直接寻址的最大范围 一次间接寻址的寻址范围 立即数的范围 相对寻址的位移量 上述

5、六种寻址方式的指令中哪一种执行时间最短？哪一种最长？为什么？哪一种便于程序浮动？哪一种适合处理数组,鲁东大学 LUDONG UNIVERSITY,指令格式设计,指令格式考虑因素,指令字长,操作码字段,指令长度定长,指令长度可变,操作码字段定长,操作码扩展技术,- 指令条数与操作码字段长度关系,地址码字段,地址码个数,地址码长度,- 寻址方式和寻址范围,鲁东大学 LUDONG UNIVERSITY,指令格式设计举例,某机字长16位，存储器直接寻址空间为128字，变址时的位移量为-64+63，16个通用寄存器可作为变址寄存器。设计一套指令系统格式，满足以下寻址类型的要求。 (1)直接寻址的二地址指

6、令3条 (2)变址寻址的一地址指令6条 (3)寄存器寻址的二地址指令8条 (4)直接寻址的一地址指令12条 (5)零地址指令32条 试问还有多少种代码未用，若安排寄存器寻址的一地址指令，还能容纳多少条？,固定指令字长使用操作码扩展技术+寻址方式确定地址码,鲁东大学 LUDONG UNIVERSITY,指令格式设计举例,固定指令字长使用操作码扩展技术+寻址方式确定地址码,画出指令格式,(1)直接寻址二地址,直接寻址空间为128字,直接寻址地址码长7位,(2)变址寻址一地址,变址寄存器需要指定,变址寻址需要4b寄存器号,变址寄存器偏移量-6463,变址寻址偏移量字段7位,(3)寄存器寻址二地址,寄

7、存器号4b,鲁东大学 LUDONG UNIVERSITY,(4)直接寻址一地址,(1)直接寻址二地址,(2)变址寻址一地址,(3)寄存器寻址二地址,(5)零地址,3条,剩余22-1=1,6条,剩余23-6=2,8条,剩余2*23-8=8,12条,剩余8*2-12=4,32条,剩余4*27-32=480,(6)零地址,(5)寄存器寻址一地址,X条,剩余4*23-X,32条,(4*23-X)*24=32,X=30条,鲁东大学 LUDONG UNIVERSITY,RISC与CISC简介,CISC-Complex Instruction Set Computer RISC-Reduced Instru

8、ction Set Computer,CISC-思想：强化指令功能，强调指令系统的兼容性,造成以下问题：,指令条数多，指令集膨胀,指令形式各异，长短不一，指令格式复杂 难以使用流水线技术,硬件不易构造，采用微程序CU，速度慢,RISC技术的提出,80%程序是使用的指令仅为指令集中常用的20%,剩余的80%复杂指令均可通过20%简单指令的组合实现,指令集中各指令的使用频度相差大，执行时间相差大,P = I C T I: 程序包含的机器指令数 C: 指令所需的平均机器周期数 T: 每个机器周期的执行时钟周期数,鲁东大学 LUDONG UNIVERSITY,RISC技术简介,RISC机的主要特点： 保留使用频率较高的一些简单指令，而复杂指令的功能由简单指令来组合