計算機組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

陳澤宇副教授計算機組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)陳澤宇副教授第1章計算機系統(tǒng)概論第2章運算方法和運算器第3章存儲系統(tǒng)第4章指令系統(tǒng)第5章中央處理器（CPU）第6章總線系統(tǒng)第7章輸入輸出（I/O）系統(tǒng)第8章并行計算機系統(tǒng)第1章計算機系統(tǒng)概論4.3指令分類不同機器的指令系統(tǒng)是各不相同的從指令的操作碼功能來考慮，一個較為完善的指令系統(tǒng)中常見的指令類型包括：數(shù)據(jù)傳送、算術(shù)運算、邏輯運算、程序控制、輸入輸出、字符串處理、系統(tǒng)控制4.3指令分類不同機器的指令系統(tǒng)是各不相同的4.3.1數(shù)據(jù)傳送指令數(shù)據(jù)傳送指令是最基本、最常用、最重要的指令用來使數(shù)據(jù)在主存與CPU寄存器之間進行傳輸可以一次傳送一個數(shù)據(jù)或一批數(shù)據(jù)包括取數(shù)指令LOAD、存數(shù)指令STORE、存儲器或寄存器間數(shù)據(jù)傳送指令MOVE等4.3.1數(shù)據(jù)傳送指令數(shù)據(jù)傳送指令是最基本、最常用、最重要4.3.2算術(shù)運算指令算術(shù)運算是計算機能夠執(zhí)行的基本數(shù)值計算包括加法ADD、減法SUB、乘法MUL、除法DIV等指令算術(shù)運算指令的操作數(shù)有多種類型定點數(shù)可分為帶符號數(shù)和無符號數(shù)浮點數(shù)可分為單精度和雙精度因此，每一種運算指令也按操作數(shù)的類型分為帶符號數(shù)定點運算、無符號數(shù)定點運算、單精度浮點運算、雙精度浮點運算等4.3.2算術(shù)運算指令算術(shù)運算是計算機能夠執(zhí)行的基本數(shù)值計4.3.3邏輯運算指令邏輯運算是對數(shù)據(jù)進行邏輯操作包括邏輯與AND、邏輯或OR、邏輯非NOT等三種基本操作以及同或、異或等組合邏輯操作4.3.3邏輯運算指令邏輯運算是對數(shù)據(jù)進行邏輯操作4.3.4程序控制指令控制程序的流程，使程序具有調(diào)試與判斷功能主要包括：轉(zhuǎn)移指令、轉(zhuǎn)子程序指令與子程序返回指令、程序中斷指令等4.3.4程序控制指令控制程序的流程，使程序具有調(diào)試與判斷1．轉(zhuǎn)移指令包括條件轉(zhuǎn)移和無條件轉(zhuǎn)移指令將程序計數(shù)器PC（ProgramCounter）中的指令地址值更新為需要轉(zhuǎn)移的目標指令的地址值條件轉(zhuǎn)移指令是指當滿足規(guī)定的條件后才執(zhí)行轉(zhuǎn)移無條件轉(zhuǎn)移指令則不受任何約束地將程序轉(zhuǎn)移1．轉(zhuǎn)移指令包括條件轉(zhuǎn)移和無條件轉(zhuǎn)移指令2．轉(zhuǎn)子程序指令與子程序返回指令轉(zhuǎn)子程序指令是實現(xiàn)子程序調(diào)用的指令子程序是能夠完成某一特定功能的程序段由于經(jīng)常使用，所以獨立出來，需要時由主程序調(diào)用子程序返回指令為了從子程序正確返回到主程序，在調(diào)用子程序時，保存主程序中下一條指令的地址轉(zhuǎn)入執(zhí)行子程序等子程序執(zhí)行到最后一條指令（通常是返回指令）時，將保存的地址取出作為下一條指令地址，返回主程序2．轉(zhuǎn)子程序指令與子程序返回指令轉(zhuǎn)子程序指令是實現(xiàn)子程序調(diào)用3．程序中斷指令中斷一般是在計算機系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況或接到特殊請求時隨機產(chǎn)生的當產(chǎn)生中斷時，程序轉(zhuǎn)入中斷處理程序為了在應用程序中使用中斷服務程序，指令系統(tǒng)提供了各種引起中斷的指令3．程序中斷指令中斷一般是在計算機系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況或接到特殊4.3.5輸入輸出指令主機與外圍設備進行信息交換的一類指令用于啟動外設、檢測外設工作狀態(tài)、讀寫外設數(shù)據(jù)等信息由外圍設備傳向主機稱為輸入（Input），反之則稱為輸出（Output）有些計算機對于主存和外設未采用統(tǒng)一編碼技術(shù)，因此需要專門的輸入輸出操作指令有些計算機把外設看作一個特殊的存儲單元而與存儲器單元統(tǒng)一編址，因此用一般的訪問存儲器指令即可訪問外設4.3.5輸入輸出指令主機與外圍設備進行信息交換的一類指令4.3.6字符串處理指令字符串處理指令包括字符串傳送、轉(zhuǎn)換、比較、查找、匹配、替換等這些指令的設置可以大大加快文字處理軟件的運行速度4.3.6字符串處理指令字符串處理指令4.3.7系統(tǒng)控制指令用于改變計算機系統(tǒng)的工作狀態(tài)停機指令、空操作指令、條件碼指令和開/關(guān)中斷指令用戶程序執(zhí)行完畢時，可以安排一條停機指令空操作指令除了遞增程序計數(shù)器外，不進行任何操作條件碼保存當前指令執(zhí)行結(jié)果的特征，條件碼指令對條件碼進行置位或清除操作開/關(guān)中斷指令可視作特殊的條件碼指令開/關(guān)中斷意味著對中斷請求的允許或禁止4.3.7系統(tǒng)控制指令用于改變計算機系統(tǒng)的工作狀態(tài)除了以上提