《指令系统系统》课件.ppt

**********************指令系统计算机的核心部分，负责执行程序指令。指令集是计算机的灵魂，决定了它能够执行哪些操作。目录什么是指令系统指令格式的设计指令系统的分类指令系统的性能指标指令系统的设计原则指令系统的实现技术指令系统的发展趋势什么是指令系统指令系统是计算机体系结构的基础，它定义了CPU可以执行的指令集。指令系统就像CPU的语言，它规定了CPU如何理解和执行程序。1.1指令系统的定义指令集计算机理解的语言，它是一组机器指令的集合，这些指令可以被CPU执行。功能描述了CPU可执行的操作，例如算术运算、数据传输和程序控制等。格式定义了指令的结构，包括操作码、操作数和地址等，决定了指令的执行方式。1.2指令系统的组成操作码操作码(opcode)指示指令执行的操作类型，例如加法、减法、数据传输等。操作数操作数是指令要操作的数据，可以是立即数、寄存器地址或内存地址。地址码地址码用于指定操作数在内存或寄存器中的位置，可以是直接地址、间接地址或相对地址。其他字段一些指令可能包含其他字段，例如条件码、标志位等，用于控制指令执行的条件或结果。1.3指令系统的功能从程序到机器指令指令系统将程序代码转换为计算机能够理解和执行的机器指令，使程序能够直接控制计算机硬件。数据操作与控制指令系统定义了计算机能够执行的操作，如数据加载、算术运算、逻辑运算、数据存储等，以及控制程序执行流程的操作。资源分配与管理指令系统包含对计算机资源进行分配和管理的操作，例如内存访问、外设控制、中断处理等。指令格式的设计指令格式是计算机指令的结构和组织方式。指令格式的设计决定了计算机如何解释和执行指令，对计算机的性能和效率有重要影响。2.1指令长度11.字节数指令长度通常以字节为单位。22.影响因素指令长度影响指令的存储空间、指令译码复杂度和处理器速度。33.常见长度常见的指令长度为1字节、2字节、4字节、8字节。44.选择原则指令长度的选择需考虑存储空间、执行效率和指令集的复杂度等因素。2.2操作码操作码的功能指令的操作码指定了CPU要执行的操作类型。操作码的表示操作码通常用二进制编码表示，用于区分不同的指令类型。操作码的设计操作码的设计要考虑到指令集的完整性和有效性。2.3地址码地址码类型地址码主要分为三种：立即数地址码、直接地址码和间接地址码。立即数地址码立即数地址码直接将操作数包含在指令中，无需额外访问内存。直接地址码直接地址码在指令中包含操作数的内存地址，可以直接访问内存。间接地址码间接地址码包含一个指针，该指针指向操作数的内存地址。2.4地址模式立即寻址立即寻址模式直接将操作数嵌入指令中，无需访问内存或寄存器。寄存器寻址寄存器寻址模式使用寄存器作为操作数的地址，直接访问寄存器获取操作数。直接寻址直接寻址模式使用指令中提供的地址直接访问内存，获取操作数。间接寻址间接寻址模式使用指令中提供的地址作为指针，指向另一个内存地址，然后从该地址获取操作数。指令系统的分类指令系统可以按照不同的标准进行分类，方便理解和比较不同的指令系统。例如，可以按照指令长度、字长和功能来分类。3.1按长度分类定长指令所有指令长度相同，有利于简化硬件设计，提高指令译码速度，但浪费存储空间，降低指令利用率。变长指令指令长度可变，提高存储空间利用率，支持更多功能，但增加硬件设计复杂度，降低指令译码速度。3.2按字长分类11.字长字长是指计算机一次处理数据的能力。22.指令字长指令字长是指一条机器指令所占用的字节数。33.分类指令系统可以按字长分类：8位、16位、32位、64位等。3.3按功能分类数据传输指令数据传输指令用于在内存、寄存器之间传输数据，例如加载、存储、移动指令。算术逻辑指令算术逻辑指令用于执行算术运算和逻辑运算，例如加、减、乘、除、与、或、非指令。控制转移指令控制转移指令用于改变程序执行流程，例如跳转、条件跳转、调用、返回指令。其他指令其他指令包括I/O指令、系统控制指令等，用于实现特定功能，例如输入输出、中断处理、系统管理等。指令系统的性能指标指令系统的性能指标是衡量计算机系统性能的关键因素。这些指标反映了指令系统的效率和能力，对计算机系统的整体性能有重要的影响。4.1机器指令数机器指令数是指CPU支持的指令数量。它反映了指令系统的丰富程度和指令执行的灵活性。指令数越多，表示指令系统越复杂，功能越强大。但指令数过大，会导致指令译码时