牢科学技术学院 第四章指令糸统 概述 寻址方式 ·指令系统 2021年2月20日1时7分 Degang Xu, Henan University Of Technology. Xulaoshi@tom.com
Degang Xu, Henan University Of Technology. Xulaoshi @tom. com 2021年2月20日1时7分 第四章 指令系统 •概述 •寻址方式 •指令系统
牢科学技术学院 概述 ·指令:是指示计算机某种操作的命令。 微指令,机器指令,宏指令 指令糸统:一台计算机中所有机器指令的集合。 它是机器硬件设计的依据,也是软件设计的基础。 它决定了一台计算机硬件的主要性能和基本功能。 是硬件和软件间的界面。 糸列计算机:有共同的指令集,相同的基本体系结 构 C|SC和RISC 2021年2月20日1时7分
2021年2月20日1时7分 2 2021年2月20日1时7分 概 述 •指令：是指示计算机某种操作的命令。 微指令，机器指令，宏指令 •指令系统：一台计算机中所有机器指令的集合。 它是机器硬件设计的依据，也是软件设计的基础。 它决定了一台计算机硬件的主要性能和基本功能。 是硬件和软件间的界面。 •系列计算机：有共同的指令集，相同的基本体系结 构。 •CISC和RISC
牢科学技术学院 一个完善的指令糸统应满足: 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,指令格式和数据 格式的一致性。 4兼容性 向上兼容”--系列机中低档机上运行的 软件可以在高档机上运行。 2021年2月20日1时7分 3
2021年2月20日1时7分 3 2021年2月20日1时7分 • 一个完善的指令系统应满足： 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，指令格式和数据 格式的一致性。 4.兼容性： “向上兼容”----系列机中低档机上运行的 软件可以在高档机上运行
牢科学技术学院 计算机语言与硬件结构的关系 高级语言的语句和用法与具体机器的指令系统无 关 低级语言分机器语言和汇编语言,他们和具体机 器的指令系统密切相关。 汇编语言与硬件的关系密切,编写的程序紧凑、 占内存小、速度快,特别适合与编写经常与硬件 打交道的系统软件;而高级语言不涉及机器的硬 件结构,通用性强、编写程序容易,特别适合与 编写与硬件没有直接关系的应用软件。 2021年2月20日1时7分
2021年2月20日1时7分 4 2021年2月20日1时7分 计算机语言与硬件结构的关系 • 高级语言的语句和用法与具体机器的指令系统无 关； • 低级语言分机器语言和汇编语言，他们和具体机 器的指令系统密切相关。 • 汇编语言与硬件的关系密切，编写的程序紧凑、 占内存小、速度快，特别适合与编写经常与硬件 打交道的系统软件；而高级语言不涉及机器的硬 件结构，通用性强、编写程序容易，特别适合与 编写与硬件没有直接关系的应用软件
牢科学技术学院 概述 机器指令的要素 操作码 源操作数 目的操作数 下一条指令的引用 指令字(简称指令)即表示一条指令的机器字。 指令格式则是指令字用二进制代码表示的结构形式, 由操作码字段和地址码字段组成 操作码地址码 地址码 2021年2月20日1时7分 5
2021年2月20日1时7分 5 2021年2月20日1时7分 概 述 • 机器指令的要素 – 操作码 – 源操作数 – 目的操作数 – 下一条指令的引用 指令字（简称指令）即表示一条指令的机器字。 指令格式则是指令字用二进制代码表示的结构形式， 由操作码字段和地址码字段组成。 操作码 地址码 地址码
牢科学技术学院 1.操作码 设计计算机时,对指令系统的每一条指令都要 规定一个操作码。 指令操作码表示该指令进行什么性质的操作, 表征指令的操作特性与功能。 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。 例如,一个指令系统只有8条指令,则有3位操 作码就够;如果有32条指令,那么就需要5位操作 码。 2021年2月20日1时7分
2021年2月20日1时7分 6 2021年2月20日1时7分 1．操作码 设计计算机时，对指令系统的每一条指令都要 规定一个操作码。 指令操作码表示该指令进行什么性质的操作, 表征指令的操作特性与功能。 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。 例如，一个指令系统只有8条指令，则有3位操 作码就够；如果有32条指令，那么就需要5位操作 码
牢科学技术学院 2.地址码 地址码字段通常指定参与操作的操作 数的地址。 根据一条指令中有几个操作数地址,可将该 指令称为几操作数指令或几地址指令。目前, 二地址指令和一地址指令用的最多。 三地址指令操作码A1A2A3 二地址指令操作码A1 A2 地址指令「操作码 Al 零地址指令操作码 2021年2月20日1时7分
2021年2月20日1时7分 7 2021年2月20日1时7分 2．地址码 地址码字段通常指定参与操作的操作 数的地址。 根据一条指令中有几个操作数地址，可将该 指令称为几操作数指令或几地址指令。目前， 二地址指令和一地址指令用的最多。 零地址指令 一地址指令 二地址指令 三地址指令 操作码 操作码 A1 操作码 A1 A2 操作码 A1 A2 A3
牢科学技术学院 (1)零地址指令的指令字中只有操作码,而没有地 址码。 (2)一地址指令常称为单操作数指令。 OP(A)->A (AC)OP(4)→AC (3)二地址指令常称为双操作数指令。 (A1)OP(A2) Al (4)三地址指令字中有三个操作数地址。 (A1)OP(A2) A3 OP表示操作性质;(AC)表示累加寄存器AC中的 数;(A)表示内存中地址为A的存储单元中的数 或运算器中地址为A的通用寄存器中的数;→表示 把操作(运算)结果传送到指定的地方。 2021年2月20日1时7分
2021年2月20日1时7分 8 2021年2月20日1时7分 • (1)零地址指令的指令字中只有操作码，而没有地 址码。 • (2)一地址指令常称为单操作数指令。 OP (A) -> A (AC) OP (A) -> AC • (3)二地址指令常称为双操作数指令。 (A1) OP (A2) -> A1 • (4)三地址指令字中有三个操作数地址。 • (A1) OP (A2) -> A3 • OP表示操作性质;（AC）表示累加寄存器AC中的 数；（A）表示内存中地址为A的存储单元中的数 或运算器中地址为A的通用寄存器中的数；→表示 把操作（运算）结果传送到指定的地方
牢科学技术学院 二地址指令格式中,从操作数的物理位置来说, 又可归结为三种类型 存储器-存储器(Ss)型指令:操作时都是涉及 内存单元,参与操作的数都放在内存里,从内存某单 元中取操作数,操作结果存放至内存另一单元中,因 此机器执行这种指令需要多次访问内存。 寄存器寄存器(RR)型指令:需要多个通用寄 存器或个别专用寄存器,从寄存器中取操作数,把操 作结果放到另一寄存器。机器执行寄存器-寄存器型指 令的速度很快,因为执行这类指令,不需要访问内存 寄存器寄存器(RS)型指令:执行此类指令时 既要访问内存单元,又要访问寄存器。 2021年2月20日1时7分
2021年2月20日1时7分 9 2021年2月20日1时7分 • 二地址指令格式中，从操作数的物理位置来说， 又可归结为三种类型。 • 存储器-存储器（SS）型指令：操作时都是涉及 内存单元，参与操作的数都放在内存里，从内存某单 元中取操作数，操作结果存放至内存另一单元中，因 此机器执行这种指令需要多次访问内存。 • 寄存器-寄存器（RR）型指令：需要多个通用寄 存器或个别专用寄存器，从寄存器中取操作数，把操 作结果放到另一寄存器。机器执行寄存器-寄存器型指 令的速度很快，因为执行这类指令，不需要访问内存。 • 寄存器-寄存器（RS）型指令：执行此类指令时， 既要访问内存单元，又要访问寄存器
牢科学技术学院 3.指令字长度 个指令字中包含二进制代码的位数,称为指 令字长度。而机器字长是指计算机能直接处理的 二进制数据的位数,与主存单元的位数一致,它 决定了计算机的运算精度。 单字长指令 指L=N 半字长指令 L=0.5N 双宁长指令 L-2N 它们之间关系如上:其中为指令字长度,N为机器字长度 2021年2月20日1时7分
2021年2月20日1时7分 10 2021年2月20日1时7分 3．指令字长度 一个指令字中包含二进制代码的位数，称为指 令字长度。而机器字长是指计算机能直接处理的 二进制数据的位数，与主存单元的位数一致，它 决定了计算机的运算精度。 它们之间关系如上：其中L为指令字长度，N为机器字长度