第四章指令系统-点.ppt

学时：6学时 重点：寻址方式和指令系统;概述 指令系统 操作数类型和存储方式 寻址方式;指令系统 指令是指示计算机某种操作的命令。一台计算机能执行的全部指令的集合称为指令系统。它决定了一台计算机硬件的主要性能和基本功能。 ;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 指令的表示 ;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， 2．地址码 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。 3．指令字长度 一个指令字中包含二进制代码的为数，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，它决定了计算机的运算精度。 ;指令操作码的扩展方法 指令操作码通常有两种编码格式，一种是固定格式，即操作码的长度固定，且集中放在指令字的一个字段中。这种格式对简化硬件设计非常有利，在字长较长的大中型计算机中广泛实用。另一种是可变格式，即操作码的长度可变，且分散地放在指令字的不同字段，在字长较短的微型计算机和小型计算机中广泛采用。 操作码长度可变使控制器设计复杂化，因此操作码的编码至关重要，通常在指令字中用一个固定长度的字段表示基本操作码，而对于一部分不需要某个地址码的指令，可将操作码扩充到地址码字段，这样既能充分利用指令字的各个字段，又能在不增加指令长度的情况下扩展操作码的长度，使它能表示更多的指令。 ;设某机器的指令长度为16位，有4位基本的操作码字段和两个6位地址码字段，其格式如下：; 二地址指令只用15条，由4位基本操作码0000-----1110组合给出，剩余一个1111用于把操作码扩展到A1。 单地址指令由操作码1111 000000----1111 111110给出，剩余一个1111 111111用于把操作码扩展到A2。 零地址的16位操作码由1111 111111 000000-----1111 111111 111111给出。 二地址指令有15条，单地址指令有63条，零地址指令有64条，共计142条指令。;小端、大端次序及位序 大端次序将最高有效字节存储在最小地址位置 小端次序将最低有效字节存储在 最小地址位置;采用大端次序的优点： 字符串排序方便 十进制以及字符串的显示方便 顺序一致性 采用小端次序的优点： 整形数据地址转换方便 适合超长数据的算术运算;指令的寻址方式 顺序寻址方式：按照指令在内存的存放位置顺序地取出指令，然后执行的过程，为顺序寻址方式。 跳跃寻址方式：程序转移执行的顺序。;操作数的寻址方式 隐含寻址 立即寻址 直接寻址 间接寻址 寄存器寻址方式和寄存器间接寻址方式 相对寻址方式 基值寻址方式 变址寻址方式 块寻址方式 段寻址方式;隐含寻址 这种类型的指令，不是明显地给出操作数的地址，而是指令中隐含着操作数的地址。 ;;寄存器寻址方式 当操作数不放在内存中，而是放在中央处理器的通用寄存器中时，可采用寄存器寻址方式。显然，此时指令中给出的操作数地址不是内存的地址单元号，而是通用寄存器的编号，在IBM370计算机的指令结构中，RR型指令，就是采用寄存器寻址方式。 ;直接寻址 直接寻址是一种基本的寻址方法，其特点是：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。由于操作数的地址直接给出而不需要经过某种变换或运算，所以称这种寻址方式为直接寻址方式。 ;间接寻址 间接寻址是相对于直接寻址而言的，在间接寻址的情况下，指令地址字段中的形式地址D不是操作数的真正地址，而是操作数地址的指示器，或者说D单元的内容才是操作数的有效地址。 ;;相对寻址 是把程序计数器PC的内容加上指令格式中的形式地址D而形成操作数有效地址。程序计数器的内容就是当前指令的地址。因此，所谓“相对”寻址，就是相对于当前指令地址而言。采用相对寻址方式的好处是程序员勿需用指令的绝对地址编程，因而所编程序可以放在内存任何地方。;;变址和基值寻址方式 变址寻址方式与基值寻址方式有点类似，它是把某个变址寄存器或基值寄存器的内容，加上指令格式中的形式地址而形成操作数的有效地址。 ;;复合寻址方式 复合寻址方式是把间接寻址方式同相对寻址方式或变址相结合而形成的寻址方式。它分为先间接方式与后间接方式两种。 （1）变址间接式 这种寻址方式是先把变址寄存器的内容A和形式地址D相加得A+D，然后间接寻址，求得操作数的有效地址。操作数的有效地址为E=（A+D） ;;（2）间接变址式 这种寻址方式是先将形式地址取间接变换（D）=N然后把N和变址寄存器的内容A相加，即得操作数的有效地址。操作数的有效地址表达式为E=A+（