第五章指令系統(tǒng)5.1機器指令5.2操作數(shù)類型和操作類型5.3尋址方式5.4指令格式舉例與設(shè)計5.5RISC技術(shù)5.1機器指令一、指令的一般格式操作碼字段

地址碼字段1.操作碼反映機器做什么操作(1)長度固定(2)長度可變用于指令字長較長的情況，RISC如IBM370操作碼8位操作碼分散在指令字的不同字段中(3)擴展操作碼技術(shù)操作碼的位數(shù)隨地址數(shù)的減少而增加OPA1A2A3000000011110…A1A1A1…A2A2A2…A3A3A3…A2A2A2…A3A3A3…111111111111…000000011110…111111111111…111111111111…111111111111…000000011111…111111111111…111111111111…A3A3A3…000000011110…4位操作碼8位操作碼12位操作碼16位操作碼15條三地址指令15條二地址指令15條一地址指令16條零地址指令2.地址碼(1)四地址OPA1A2A3A486666A1

第一操作數(shù)地址A2

第二操作數(shù)地址A3

結(jié)果的地址A4

下一條指令地址(A1)OP(A2)A34次訪存尋址范圍26=64設(shè)指令字長為32位操作碼固定為8位2.地址碼(2)三地址8888OPA1A2A3(A1)OP(A2)A34次訪存尋址范圍28=256(3)二地址OPA1A281212(A1)OP(A2)A1(A1)OP(A2)A2或4次訪存若結(jié)果存于ACC尋址范圍212=4K3次訪存(4)一地址(5)零地址OPA1824無地址碼(ACC)OP(A1)ACC2次訪存尋址范圍224=16M2.地址碼二、指令字長指令字長決定于操作碼的長度指令字長=存儲字長2.指令字長可變操作數(shù)地址的長度操作數(shù)地址的個數(shù)1.指令字長固定按字節(jié)的倍數(shù)變化7.2操作數(shù)類型和操作種類一、操作數(shù)類型地址數(shù)字字符邏輯數(shù)無符號整數(shù)定點數(shù)、浮點數(shù)、十進制數(shù)ASCII邏輯運算二、數(shù)據(jù)在存儲器中的存放方式字地址為低字節(jié)地址字地址為高字節(jié)地址37621540字地址04低字節(jié)04512673字地址04低字節(jié)存儲器中的數(shù)據(jù)存放（存儲字長為

32

位）地址（十進制）04812162024283236雙字雙字（地址32）雙字雙字（地址24）半字（地址20）半字（地址22）半字（地址16）半字（地址18）字節(jié)（地址8）字節(jié)（地址9）字節(jié)（地址10）字節(jié)（地址11）字（地址4）字（地址0）字節(jié)（地址14）字節(jié)（地址15）字節(jié)（地址13）字節(jié)（地址12）

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三、操作類型1.數(shù)據(jù)傳送源目的寄存器寄存器寄存器寄存器存儲器存儲器存儲器存儲器置“1”，清“0”MOVESTORELOADMOVEPUSHPOP例如MOVEMOVE2.算術(shù)邏輯操作加、減、乘、除、增1、減1、求補、浮點運算、十進制運算與、或、非、異或、位操作、位測試、位清除、位求反例如ADDSUBMULDIVINCDECCMPNEGAAAAASAAMAADANDORNOTXORTEST三、操作類型3.移位操作算術(shù)移位循環(huán)移位（帶進位和不帶進位）邏輯移位4.轉(zhuǎn)移(1)無條件轉(zhuǎn)移JMP(2)條件轉(zhuǎn)移結(jié)果為零轉(zhuǎn)（Z=1）

JZ結(jié)果溢出轉(zhuǎn)（O=1）JO結(jié)果有進位轉(zhuǎn)（C=1）JC三、操作類型(3)調(diào)用和返回CALLSUB1.........CALLSUB2…...CALLSUB2…RETURNRETURN......主程序地址200021002101子程序SUB1240025002501256025612700主存空間分配程序執(zhí)行流程子程序SUB2三、操作類型(4)陷阱（Trap）與陷阱指令意外事故的中斷設(shè)置供用戶使用的陷阱指令如8086INTTYPE軟中斷提供給用戶使用的陷阱指令，完成系統(tǒng)調(diào)用一般不提供給用戶直接使用

在出現(xiàn)事故時，由CPU自動產(chǎn)生并執(zhí)行（隱指令）三、操作類型INAX,nOUTDX,ALOUTn,AXOUTDX,AX5.輸入輸出INAL,DXINAX,DX入端口地址CPU的寄存器出CPU的寄存器端口地址如如INAL,nOUTn,AL三、操作類型5.3尋址方式尋址方式

確定本條指令的操作數(shù)地址下一條欲執(zhí)行指令的指令地址指令尋址數(shù)據(jù)尋址尋址方式5.3尋址方式一、指令尋址順序(PC)+1PC跳躍由轉(zhuǎn)移指令指出LDA1000ADD1001DEC1200JMP7LDA2000SUB2001INCSTA2500LDA1100...0123456789PC+1指令地址尋址方式指令地址指令順序?qū)ぶ?順序?qū)ぶ?順序?qū)ぶ?跳躍尋址7順序?qū)ぶ?二、數(shù)據(jù)尋址形式地址指令字中的地址有效地址操作數(shù)的真實地址約定

指令字長=存儲字長=機器字長形式地址A操作碼尋址特征5.3尋址方式1.立即尋址指令執(zhí)行階段不訪存

A的位數(shù)限制了立即數(shù)的范圍OP#A立即尋址特征立即數(shù)可正可負補碼形式地址A就是操作數(shù)2.直接尋址EA=A操作數(shù)主存尋址特征LDAAAACC執(zhí)行階段訪問一次存儲器

A的位數(shù)決定了該指令操作數(shù)的尋址范圍操作數(shù)的地址不易修改（必須修改A）有效地址由形式地址直接給出3.隱含尋址操作數(shù)地址隱含在操作碼中ADDA操作數(shù)主存尋址特征AACC暫存ALU另一個操作數(shù)隱含在ACC中如8086MUL指令被乘數(shù)隱含在AX（16位）或AL（8位）中MOVS指令源操作數(shù)的地址隱含在SI中目的操作數(shù)的地址隱含在DI中指令字中少了一個地址字段，可縮短指令字長4.間接尋址EA=（A）有效地址由形式地址間接提供OPA尋址特征AEA主存EAA1EAA1主存EA10執(zhí)行指令階段2次訪存可擴大尋址范圍便于編制程序OPA尋址特征A一次間址多次間址操作數(shù)操作數(shù)多次訪存………子程序主程序…8081201202轉(zhuǎn)子程序轉(zhuǎn)子程序間接尋址編程舉例(A)=81(A)=202……@間址特征JMP@A…

……………

…………5.寄存器尋址EA=Ri執(zhí)行階段不訪存，只訪問寄存器，執(zhí)行速度快OPRi尋址特征寄存器個數(shù)有限，可縮短指令字長操作數(shù)………………R0RiRn寄存器有效地址即為寄存器編號EA=(Ri

)6.寄存器間接尋址

有效地址在寄存器中，操作數(shù)在存儲器中，執(zhí)行階段訪存操作數(shù)主存OPRi尋址特征

便于編制循環(huán)程序地址………………R0RiRn寄存器有效地址在寄存器中7.基址尋址(1)采用專用寄存器作基址寄存器EA=(BR)+ABR為基址寄存器OPA操作數(shù)主存尋址特征ALUBR

可擴大尋址范圍

BR內(nèi)容由操作系統(tǒng)或管理程序確定

在程序的執(zhí)行過程中BR內(nèi)容不變，形式地址A可變(2)

采用通用寄存器作基址寄存器操作數(shù)主存尋址特征ALUOPR0AR0

作基址寄存器由用戶指定哪個通用寄存器作為基址寄存器通用寄存器R0Rn-1R1…在程序的執(zhí)行過程中R0內(nèi)容不變，形式地址A可變8.變址尋址EA=(IX)+AOPA操作數(shù)主存尋址特征ALUIX可擴大尋址范圍便于處理數(shù)組問題

IX的內(nèi)容由用戶給定IX為變址寄存器（專用）在程序的執(zhí)行過程中IX內(nèi)容可變，形式地址A不變通用寄存器也可以作為變址寄存器例:

設(shè)數(shù)據(jù)塊首地址為D，求N

個數(shù)的平均值直接尋址變址尋址LDADADDD+1ADDD+2…ADDD+(N-1)DIV#NSTAANSLDA#0LDX#0INXCPX#NBNEMDIV#NSTAANS共N+2

條指令共8條指令A(yù)DDX,DMX為變址寄存器D為形式地址(X)和#N

比較(X)+1X結(jié)果不為零則轉(zhuǎn)9.相對尋址EA=(PC)+AA是相對于當前指令的位移量（可正可負，補碼）A的位數(shù)決定操作數(shù)的尋址范圍程序浮動

廣泛用于轉(zhuǎn)移指令操作數(shù)尋址特征ALUOPA相對距離A1000PC……主存1000AOP10.堆棧尋址(1)堆棧的特點堆棧硬堆棧軟堆棧多個寄存器指定的存儲空間先進后出（一個入出口）棧頂?shù)刂酚蒘P

指出–11FFFH+12000H進棧（SP）–1SP出棧（SP）+1SP棧頂棧底2000HSP2000H……1FFFHSP1FFFH棧頂棧底進棧出棧1FFFH棧頂2000H棧頂7.4指令格式舉例與設(shè)計一、設(shè)計指令格式時應(yīng)考慮的各種因素1.指令系統(tǒng)的兼容性（向上兼容）2.其他因素操作類型數(shù)據(jù)類型指令格式包括指令個數(shù)及操作的難易程度指令字長、操作碼位數(shù)尋址方式寄存器個數(shù)地址碼位數(shù)、地址個數(shù)尋址方式、是否采用擴展操作碼二、指令格式舉例1.PDP–8指令字長固定12位操作碼間

頁地址碼訪存類指令0235411寄存器類指令111輔助操作碼02311I/O類指令110設(shè)備操作碼02311982.PDP–11源地址OP4661616目的地址存儲器地址1存儲器地址2OP10616目的地址存儲器地址目的地址466源地址OP106目的地址OP–CODE16OP–CODE指令字長有16位、32位、48位三種零地址(16位)一地址(16位)二地址RR(16位)二地址RM(32位)二地址MM(48位)擴展操作碼技術(shù)3.IBM360OPR1R2RR格式844OPR1XBDRX格式844412OPR1R3BDRS格式844412OPBDISI格式88412OPB1D1LB2D2SS格式88412412二地址RR基址加變址尋址二地址RM三地址RM基址尋址二地址MM基址尋址基址尋址立即數(shù)M4.Intel8086(1)指令字長(2)地址格式1~6個字節(jié)MOV