计算机组成与结构PPT课件(全)第5章指令系统.pptx

第五章指令系统5.1指令系统的发展5.2指令格式5.3数据表示5.4寻址方式5.5指令类型5.6指令系统的兼容性5.7RISC和CISC5.8机器语言、汇编语言、高级语言重点

5.1指令系统的发展硬件CPU存储器I/O设备软件系统软件应用软件计算机系统

指令系统是计算机中一个最基本的概念。指令：计算机运行的最小的功能单位。指令系统即是一台计算机中所有的指令的集合。它是设计硬件的一个基本依据，对软件设计者来说，也是编程的基础。因此指令系统是软件和硬件的交互界面。计算机的性能与它所设置的指令系统关系很大，指令系统的设置又与机器的硬件结构密切相关。

指令的发展分三个阶段：50年代和60年代早期，指令系统一般只有定点加减、逻辑运算、数据传送和转移等最基本的指令，寻址方式也比较简单。60年代中后期，指令系统有了乘除运算、浮点数运算等。

70年代末，出现RISC——精简指令系统。大量测试表明，最常使用的是一些比较简单的指令，这类指令仅占指令总数的20％，但在各种程序中出现的频度却占80％，其余大多数指令是功能复杂的指令，这类指令占指令总数的80％，但其使用频度很低，仅占20％。因此，人们把这种情况称为“20％-80％律”。从“20％-80％律”出发，人们开始了对指令系统合理性的研究，提出了精简指令系统的想法，出现了精简指令系统计算机，简称RISC。

5.2指令格式指令格式的重要性:计算机的指令格式与机器的字长、存储器的容量及指令的功能都有很大的关系。5.2.1指令格式5.2.2指令操作码的扩展技术5.2.3指令长度与字长的关系掌握了解

计算机是通过指令来处理各种数据，为指出数据的来源、操作结果的去向及执行何操作，一条指令必须包含以下信息：操作码。操作数的地址。操作结果的存储地址。下一条指令的地址。下一条指令的地址由程序计数器（PC）指出，仅当改变程序的运行顺序时，下条指令的地址才由指令给出。5.2.1指令格式

231根据地址码部分给出的地址个数，指令格式可分为如下五种。零地址指令操作码格式：操作码例：停机指令HLT

指令格式：A——操作数的存储器地址或寄存器名指令只给出一个地址，该地址既是操作数的地址，又是操作结果的存储地址。操作码A2、一地址指令例：INCA（A）+1ADECA（A）-1A

3、二地址指令指令格式：A1：第一个源操作数的存储器地址或寄存器地址。A2：第二个源操作数和存放操作结果的存储器地址或寄存器地址。操作码A1A2例：ADDA，B（A）+（B）B

4、三地址指令指令格式：A1：第一个源操作数的存储器地址或寄存器地址A2：第二个源操作数的存储器地址或寄存器地址A3：操作结果的存储器地址或寄存器地址操作码A1A2A3例：ADDrs1rs2rd

多地址指令此类指令功能强大，用于处理成批的数据，例如字符串处理指令、向量指令等等，为了描述这些数据，指令中需用多个地址来指出数据存放的首地址、长度、下标等。

五种指令的优缺点比较：零地址、一地址和二地址指令具有指令短，执行速度快，硬件实现简单等优点；二地址、三地址和多地址指令具有功能强，便于编程等优点，但硬件实现比较复杂。如何识别指令和数据：指令和数据都是以二进制形式存储，指令的地址由程序计数器规定，而数据的地址是由指令规定的。指令格式小结

5.2.2指令操作码的扩展技术指令操作码的长度决定了指令系统中完成不同操作的指令条数。若指令的操作码长度为K位，则至多能表示2k条指令。16条思考题：某种格式的指令的操作码有4位，请问能表示的指令有几条？

是固定格式，即操作码的长度固定，集中放在指令字的一个字段中；如IBM360，OP固定长度是8位。是可变格式，即操作码的长度可变，分散地放在指令字的不同字段中。如INTEL8086/Pentium其优点是能表示更多的指令，缺点是增加了指令译码和分析的难度。指令操作码通常有两种编码形式：

例：一种可供操作码长度扩展的方法如下：指令长为16位，其