5第四章指令系统讲义.doc

《第四章 指令系统》 一、概 述 指令： 命令计算机直接进行某种基本操作的二进制代码串,也叫机器语言代码。每条指令可以完成一个独立的算术运算或逻辑运算操作。 从计算机组成的层次结构来说，计算机的指令有微指令、机器指令和宏指令。 微指令是微程序级的命令，它属于硬件； 宏指令是由若干条机器指令组成的软件指令，它属于软件； 机器指令则介于微指令与宏指令之间。 指令系统： 一台计算机能直接理解与执行的全部指令的集合称为该机的指令系统。 指令系统是进行是计算机硬件设计的依据，也是软件设计的基础。它直接说明了这台计算机的功能，不同类型CPU的指令系统是不能混用的。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。 计算机的性能与它所设置的指令系统有很大的关系，而指令系统的设置又与机器的硬件结构密切相关。 系列计算机： 有共同的指令集，相同的基本体系结构，同一系列的CPU 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。 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，特别适合于编写经常与硬件打交道的系统软件； 高级语言不涉及机器的硬件结构，通用性强、编写程序容易，特别适合于编写与硬件没有直接关系的应用软件。 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。 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。 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。 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。 (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。 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-存储器（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。 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。 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。 它们之间关系如上：其中L为指令字长度，N为机器字长度 4.指令助记符　　　　　　　　　　 　 由于硬件只能识别1和0，所以采用二进制操作码是必要的，但是书写程序却非常麻烦。为了便于书写和阅读程序，每条指令通常用3个或4个英文缩写字母来表示。这种缩写码叫做指令助记符。 在不同的计算机中，指令助记符的规定是不一样的。因此，指令助记符还必须转换成与它们相对应的二进制码。 指令格式举例　　　　　　　 八位微型计算机的指令格式 　　8位微型机字长只有8位，指令结构是一种可变字长形式，包含单字长、双字长、三字长指令等多种。 内存按字节编址，所以单字长指令每执行一条指令后，指令地址加１。双字长指令或三字长指令每执行一条指令时，指令地址要加2或加3，可见多字长的指令格式不利于提高机