组成原理演示文稿 第四章 指令系统.pdf

计算机组成原理 Principle of Computer Organization 第四章指令系统 Instruction Set 北京邮电大学 戴志涛 计算机学院 计算机学院 2011/4/12 1 本章内容 指令系统的概念及其发展 对指令系统的性能要求 指令格式 寻址方式 指令类型和典型指令介绍 RISC 计算机学院 2011/4/12 2 指令系统的概念 程序是由一系列有序且有一定意义的指令组成的 指令（机器指令）：命令计算机直接进行某种基本 操作的二进制代码串 每条指令可以完成一个独立的算术运算或逻辑运算操作， 或者数据传送等基本操作 直接由硬件支持、软件可控制的最小的动作单位 程序员按照指令格式编写软件而不必考虑机器如何 实现指令的功能 指令是软件和硬件之间的接口 指令系统（Instruction Set）：一台计算机能直接 理解与执行的全部指令的集合 计算机学院 2011/4/12 3 指令概念的引申 机器指令（指令）：每条指令完成一个 独立的算术运算或逻辑运算 微指令：微程序级的命令，软件不可见 宏指令：由若干条机器指令组成的机器 指令序列，硬件不可见 计算机学院 2011/4/12 4 计算机指令系统的发展过程 50年代： 最基本的指令：定点加减、逻辑运算、数据传送、 转移等 指令数目十几至几十条 60年代后期： 增加乘除运算、浮点运算、十进制运算、字符串 处理等指令 指令数目多达一二百条 寻址方式多样化 出现系列计算机 计算机学院 2011/4/12 5 计算机指令系统的发展过程 70年代末期： 指令系统多达几百条 复杂指令系统计算机（CISC） Complex Instruction Set Computer 庞大的指令系统难以保证正确性，不易调 试维护，造成硬件资源浪费 精简指令系统计算机（RISC）出现 Reduced Instruction Set Computer 计算机学院 2011/4/12 6 对指令系统的要求 完备性：指令齐全、编程方便 高效性：时空效率高 规整性：指令与运算规则统一 对称性：所有的寄存器和存储器单元都可等同 对待，所有的指令都可使用各种寻址方式 匀齐性：一种操作性质的指令可以支持各种数 据类型 指令格式和数据格式的一致性：指令长度和数 据长度有一定的关系，以方便处理和存取 兼容性：新旧机器指令向上兼容 计算机学院 2011/4/12 7 低级语言与硬件结构的关系 高级语言（算法语言）