计算机组成原理_第四章.pdf
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第四章 指令系统
本章主要讨论 一般指令格式
常用寻址方式
面向用户指令类型
微指令
按层次划分 机器指令——本章学习的重点
宏指令
指令系统 一台计算机中所有指令的集合
4.1 指令系统的发展与性能
指令系统的发展
50年代到60年代早期 电子管和晶体管
仅有十几到几十条定点加减逻辑运算 传送
转移指令
60年代中后期 集成电路
一二百条 乘除 浮点运算 字符串处理
系列机的兼容性
70年代末 VLSI :
CISC——复杂指令系统 几百条指令
RICS——精简指令系统 一百条左右
指令系统设计中的基本问题
应该提供哪些( 以及多少) 操作
用LD/ST/INC/BRN 已经足够编制任何计算程
序 但是并不实用 这主要因为编出的程序太长!
如何( 以及多少) 操作数应该被指明
大多数操作是双值运算(dyadic) (例如, A B + C)
也有一些是单值运算(monadic) (例如, A ~B)
如何将这些指令编码成一致的指令格式
指令长度应该为基本数据 地址宽度的倍数
指令系统的性能
1 完备性——满足程序编制的需要
2 高效性——存储空间小 执行速度快
3 规整形——对称性 均齐性 指令和
数据格式的一致性
4 兼容性——系列机之间向上兼容
指令系统体系结构
Princeton (Von Neumann) 系 Harvard 系统结构
统结构
数据和指令存放在统一存储器 数据 指令
中(“存储程序计算机” 存放在不同的存储器中
程序当作数据
在某些高性能实现中
存贮系统的利用
具有优势
单一的存储器接口
执行周期
1)从程序存储系统中获得指令
2)确定所需的动作和指令大小
3)定位并获得操作数数据
4)计算结果数值或状态
5)在存储系统中存放结果 以备后用
6)确定后续指令
4.2 指令格式
机器指令的基本组成
每一条指令必须包含要求CPU完成某种任务的
相关信息 这些信息包括
•操作码 Operation Code
•原操作数 Source Operand Reference
• 目的操作数 Result Operand Reference
•下条指令地址 Next Instruction Reference
指令基本格式
操作码字段Op 地址码字段A
一个 一个或几个
操作码
1) . .
位数确定 指令字等长格式变长格式
2) 方式 长度固定方式 不固定方式
操作码采用方式码编码
操作码分为几部分 每部分表示一种操作
例.某机算逻指令
0 1 2 3 4 5 6 7 8 15
基本操作 进位 移位 回送 判跳 操作数
存储单元地址码
指令中提供的地址数
寄存器编号
地址码按操作数物理位
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