1、1,第5章 指令系統(tǒng),5.1 機(jī)器指令格式 5.2 指令和操作數(shù)的尋址方式 5.3 指令系統(tǒng) 5.4 精簡指令系統(tǒng),2,5.1 機(jī)器指令格式,一般來說，指令應(yīng)該包含兩部分內(nèi)容，即操 作性質(zhì)(進(jìn)行哪一種操作)和被操作的對象(指出源 和目的操作數(shù)的獲取方式)。指令是用二進(jìn)制代碼 表示的。因此，將以上兩部分分別稱為操作碼和 操作數(shù)地址碼。格式如下：,3,5.1.1 操作碼,普遍采用符號表示法來表示機(jī)器指令。用助記符來表示操作碼，如： ADD 加 SUB 減 MOV 傳送 操作碼的長度，即操作碼字段二進(jìn)制位數(shù)的多少，一般取決于計算系統(tǒng)的規(guī)模。通常情況下，長度為n位的操作碼最多可以表示2n條指令。,4,

2、51.2 地址碼,1. 三地址指令 其中，OP為操作碼；Ad1為第一操作數(shù)地址； Ad2為第二操作數(shù)地址；Ad3為操作結(jié)果的地址。三 地址指令的操作表達(dá)式為 (Ad1)OP(Ad2)Ad3,5,2. 雙地址指令,格式如下： 操作表達(dá)式為 (Adl)OP(Ad2)Adl 式中，Adl通常稱為目的地址，因為它 用來存放結(jié)果，Ad2稱為源地址。,6,3. 單地址指令,格式如下： 操作表達(dá)式為 (AC)OP(Ad)AC,7,4. 零地址指令,不含操作數(shù)地址的指令，稱為零地址指令。零地址指令的操作數(shù)一般由堆棧提供，其操作結(jié)果也存入堆棧。 如圖5.l所示，假設(shè)有一條兩數(shù)相加的零地址指令A(yù)DD，其操作過程是

3、從堆棧彈出第一操作數(shù)a到加法器()，再彈出第二操作數(shù)b到加法器，兩數(shù)相加后，結(jié)果(ab)壓入堆棧。,圖5.1 零地址加法指令運算示意圖,8,5.1.3 指令格式舉例,小型機(jī)指令格式 2. 80888086指令格式 3. Pentium II指令格式,9,1.小型機(jī)指令格式 (1) 單操作數(shù)指令 單操作數(shù)指令格式如下： 其中，第6位至第15位為操作碼字段；第0位至第 5位為目的地址字段，用來形成操作數(shù)地址。目的地 址又分為兩段：02位，給出000111這8種狀態(tài)， 用來選擇CPU中8個通用寄存器；第35位，稱為尋址 方式特征碼，用來說明如何使用選定的寄存器。,10,(2) 雙操作數(shù)指令,雙操作數(shù)

4、指令格式如下： 其中，第1215位為操作碼字段；第611 位為源地址字段(第68位為源地址寄存器號， 第911位為源地址尋址方式)；第05位為目 的地址字段(第02位為目的地址寄存器號，第 35位為目的地址尋址方式).,11,2. 80888086指令格式,Intel 8088是一種準(zhǔn) 16位的中央處理器，用于早期的 IBM PC、長城 0520等微機(jī)中。Intel8086是全16位的中央處 理器，它和8088具有相同的指令系統(tǒng)，其指令格式如圖5.2 所示。有關(guān)說明如下: reg(3位)，指出8個通用寄存器中的某一個。 mod(2位)：mod11，操作數(shù)在寄存器中；mod11， 操作數(shù)在主存中

5、。 r/m(3位)：mod11時，指出操作數(shù)在哪個寄存器中 mod11時，指出操作數(shù)的存儲器尋址方式。 W(1位)指出操作數(shù)的長度：W0，8位，表示字節(jié)操 作；W1，16位，表示字操作。 S(l位)標(biāo)志位，指出立即數(shù)是否要帶符號擴(kuò)展；d(1 位)標(biāo)志位，指定執(zhí)行操作的方向。,12,附注：協(xié)處理器 8087支持8086/8088 80287支持80286 80387支持80386 486的協(xié)處理集成在CPU內(nèi)部 作用：純粹的算術(shù)運算交給另一塊IC處理一減輕 微處理器的負(fù)擔(dān)。,13,圖5.2 8088/8086指令格式,14,Pentium II指令格式如圖5.3所示。,圖5.3 Pentium

6、II指令格式,3. Pentium II指令格式,15,(1) 指令前綴(Instruction Prefix),若出現(xiàn)指令前綴，則可能有兩種情況之一： 一種鎖定(LOCK)前綴，它用于多處理器環(huán)境中，保 證對共享存儲器的排他性訪問;另一種是重復(fù)前綴, 用它來指定串的操作。 段取代(Segment Override) 用來指定使用哪 段寄存器取代缺省的段寄存器。 地址大小(Address Size) 確定了指令格式中 偏移量的大小和在有效地址計算中生成的位移量大 小。本字段用于在32位和16位地址間的切換。 操作數(shù)大小 該字段用于在32位和16位操作數(shù) 之間切換。,16,(2) 指令中各字段的

7、內(nèi)容,操作碼 1-2字節(jié)。其中還包括數(shù)據(jù)的長度（8 位，16位，32位)的指定；數(shù)據(jù)的操作方向(存或取) 的指定等。 mod r/m 由mod r/m字節(jié)和SIB字節(jié)決定尋址 方式。mod r/m字節(jié)指定操作數(shù)是在寄存器中還是在 存儲器中。、若在存儲器中，則該字節(jié)的一個字段 指明尋址方式。,17,5.2 指令和操作數(shù)的尋址方式,5.2.1 尋址方式概述 1.指令尋址方式： 順序?qū)ぶ贩绞?跳躍尋址方式,18,(1) 順序?qū)ぶ贩绞?PC中開始時存放程序的首地址，然后每執(zhí)行一條指 令，PC加 1，以指出下條指令的地址，直到程序結(jié)束為止。 指令順序?qū)ぶ返倪^程如圖5.4所示。,圖5.4 指令順序?qū)ぶ肥疽?/p>

8、圖,19,(2) 跳躍尋址方式,所謂跳躍，就是指下條指令的地址不是通過程序 計數(shù)器PC加1獲得的，而是由指令本身給出。指令系統(tǒng) 中的無條件轉(zhuǎn)移指令和各種條件轉(zhuǎn)移指令，就是為跳 躍尋址方式而設(shè)置的。指令跳躍尋址的過程如圖5.5所 示。,圖5.5指令跳躍尋址過程,20,2. 操作數(shù)尋址方式 設(shè)某計算機(jī)具有如下所示的單地址指令結(jié)構(gòu)： 其中，OP為操作碼；X為尋址特征碼；D為形式 地址，或稱偏移量。尋址過程就是把X和D的不同組 合變換成有效地址的過程。,21,(1) 立即尋址方式,指令的地址字段指出的不是操作數(shù)的地址， 而是操作數(shù)本身，這種尋址方式稱為立即尋址方 式。此時，X特征碼指出的是立即尋址，D

9、不是形 式地址，而是一個操作數(shù)。這種指令的功能是對 操作數(shù)D進(jìn)行OP指定的操作。,22,(2) 直接尋址方式,指令的地址字段直接指出操作數(shù)的地址，這種尋址方 式稱為直接尋址方式。此時，特征位X指出的是直接尋址方 式，形式地址D給出操作數(shù)的地址。若用E代表有效地址則 有ED。尋址過程如圖5.6所示。,圖5.6 直接尋址,23,(3) 間接尋址方式,間接尋址方式是相對直接尋址方式而言的。D 所指示單元中的內(nèi)容才是操作數(shù)的有效地址，而D只 是一個間接地址。此時，特征碼X指示為間接尋址方 式，有效地址E(D)。間接尋址過程如圖5.7所示。,圖5.7 間接尋址,24,(4) 相對尋址方式 相對尋址方式是

10、把程序計數(shù)器PC中的內(nèi)容加上 指令中的形式地址D，形成操作數(shù)的有效地址的方 式。此時，特征碼X指示為相對尋址方式。PC中的 內(nèi)容就是當(dāng)前指令的地址，操作數(shù)的地址相對PC 中內(nèi)容浮動一個形式地址D，有效地址E(PC)D 尋址過程如圖5.8所示。,圖5.8 相對尋址,25,(5) 寄存器尋址方式,操作數(shù)的有效地址ER。 寄存器尋址方式有如下優(yōu)點。 因CPU中通用寄存器的數(shù)量有限，故指令中用來表 示寄存器號的地址字?jǐn)?shù)較短。例如，16個寄存器，僅需4位。 操作數(shù)據(jù)就在通用寄存器中，不用訪問主存，因此 速度快。 寄存器尋址方式的主要缺點是能夠?qū)ぶ返目臻g有限。,26,(6) 寄存器間接尋址方式 寄存器間接

11、尋址方式與間接尋址方式類似，但它 的形式地址不是主存地址而是寄存器號，而且它比間 接尋址少訪問一次存儲器，其表達(dá)式為：E(R)。,27,(7) 變址尋址方式 假定變址寄存器為RX，則操作數(shù)的有效地址為E=(RX)+D； 這種尋址方式與相對尋址方式的區(qū)別在于它與本條指令的地 址無關(guān)，操作數(shù)地址隨變址寄存器的內(nèi)容浮動一個D。變址尋 址的過程如圖5.9所示。,圖5.9 變址尋址,28,(8) 復(fù)合尋址方式,1) 變址尋址方式間址尋址方式 操作數(shù)的有效地址 E(RX)D) 尋址過程如圖5.10所示,圖5.10 變址尋址間址尋址,29,2) 相對尋址方式間址尋址方式 操作數(shù)的有效地址為 E(PC)D)

12、尋址過程如圖5.11所示,圖5.11 相對尋址間址尋址,30,(9) 段尋址方式 將1MB的存儲空間以64KB為單位分為若干段，在形成操作 數(shù)的有效地址時，由一個基地址加上某寄存器提供的16位偏移 量以形成20位物理地址，這個基地址由CPU中的段寄存器提供。 形成20位物理地址時，段寄存器中的內(nèi)容自動左移4位，然后 與偏移量相加，即形成所需的20位地址。段尋址過程如圖5.12 所示。,圖5.12 段尋址過程,31,(10) 堆棧尋址方式,操作過程如圖5.13所示,(a) 進(jìn)棧前,(b) 進(jìn)棧后,進(jìn)棧：先把（R） SP指單元 然后（SP）-1 形成新的SP,32,(c) 出棧前 (d) 出棧后,

13、圖5.13 堆棧操作示意圖,出棧：先把（SP）+1 然后將SP指定單元的內(nèi)容 R 中去,33,5.2.2 Pentium 的尋址方式,Pentium 處理器的整數(shù)單元中包含8個32位通用寄存 器(EAX、EBX、ECX、EDX、ESI、EDI、ESP和EBP)，6個16位段 寄存器(CS、SS、DS、ES、FS和GS), 1個32位的標(biāo)志寄存器和 1個32位的指令指針(程序計數(shù)器)。8個32位通用寄存器可以被 所有的指令類型使用，也可以保存用于地址計算的操作數(shù)。,34,Pentium 的尋址方式如表5.1所示,表5.1 Pentium 的尋址方式,35,5.3 指令系統(tǒng),5.3.1 概述 1.

14、 數(shù)的表示方法 該機(jī)字長16位，每個字分為兩個字節(jié)，結(jié)構(gòu)如下：,36,2. 程序狀態(tài)字(PSW),結(jié)構(gòu)如下：,其中，第0位為C，當(dāng)運算結(jié)果最高位產(chǎn)生進(jìn)位或借位時，C置1，否則，置0； 第1位為V，當(dāng)運算產(chǎn)生溢出時，V置1，否則，置0； 第2位為Z，當(dāng)運算結(jié)果為零時，Z置1，否則，置0； 第3位為N，當(dāng)運算結(jié)果為負(fù)時，N置1，否則，置0； 第4位為T，該位稱為跟蹤標(biāo)志位，程序調(diào)試時用來設(shè)置斷點； 第57位，這3位反映現(xiàn)行程序的優(yōu)先級別。,37,3. 主存編址方式,該機(jī)的主存按字節(jié)編址，即一個字節(jié)對應(yīng)一個地址編碼 一個16位的字有兩個地址，32K字的存儲器有64K個地址.該 機(jī)規(guī)定低位字節(jié)為偶數(shù)單

15、元，高位字節(jié)為奇數(shù)單元，用偶數(shù) 地址表示字地址，對字節(jié)進(jìn)行存取時，地址可以是偶數(shù)也可 以是奇數(shù)。編址形式如圖5.14所示。,圖5.14 編址方式,4. 指令的表示,38,5.3.2 典型指令 某計算機(jī)字長16位,采用單總線結(jié)構(gòu),通用寄存器有8個。 1. 算術(shù)運算類指令 算術(shù)運算類指令主要用于算術(shù)運算。計算機(jī)中，這類指令 包括定點加、減、乘、除，浮點加、減、乘、除，清零、加1、 減1、求補(bǔ)、加進(jìn)位、減進(jìn)位、算術(shù)左移、算術(shù)右移等。,39,(1) 加法指令 匯編格式加法 ADD SS，DD 操作表達(dá)式 (DD)(SS)DD (2) 減法指令 匯編格式 SUB SS，DD 操作表達(dá)式 (DD)(SS)

16、DD (3) 求補(bǔ)指令 匯編格式 NEG(B) DD 操作表達(dá)式 (DD)lDD (4) 加進(jìn)位指令 匯編格式 ADC（B）DD,40,(5) 算術(shù)右移指令 匯編格式 ASR(B) DD 操作表達(dá)式 (DD)2DD 字算術(shù)右移操作如下： 低位字節(jié)(偶地址),字節(jié)算術(shù)右移操作如下： 高位字節(jié)(奇地址),41,(6) 算術(shù)左移指令 匯編格式 ASL(B)DD 操作表達(dá)式 (DD)2DD 字算術(shù)左移操作如下： 字節(jié)算術(shù)左移操作如下： 高位字節(jié) 低位字節(jié),42,2. 邏輯運算指令,(1) 求反 匯編格式 COM(B) DD 操作表達(dá)式 (DD)DD (2) 測試 匯編格式 TST(B)DD 操作表達(dá)式

17、 (DD)DD,43,(3) 循環(huán)右移 匯編格式 ROR(B) DD 操作過程如下： 它可將目的地址的內(nèi)容與進(jìn)位位首尾相連串起來循 環(huán)右移一位。,44,(4) 循環(huán)左移 匯編格式 ROL(B) DD 操作過程如下： 它可將目的地址的內(nèi)容與進(jìn)位位首尾相連串起來， 循環(huán)左移一位,45,(5) 比較 匯編格式 CMP(B) SS，DD 操作表達(dá)式 (SS)(DD) (6) 按位測 匯編格式 BIT(B)SS,DD 操作表達(dá)式 (SS)(DD) (7) 按位清 匯編格式 BIC(B)SS，DD 操作表達(dá)式 (SS)(DD)DD (8) 按位置 匯編格式 BIS(B) SS，DD 操作表達(dá)式 (SS)(

18、DD)DD,46,(9) 字節(jié)交換 匯編格式 SWAB DD 注意：目的地址必須是字地址。 3、傳送類指令 匯編格式 MOV(B) SS，DD 操作表達(dá)式 (SS)DD 4、程序控制類指令 5、輸入/輸出指令 6、其它指令,47,5.4 精簡指令系統(tǒng) 5.4.1 RISC的指令系統(tǒng) （精簡指令系統(tǒng)計算機(jī)）RISC與（復(fù)雜指令計算機(jī)） CISC在指令系統(tǒng)的設(shè)計上采取了截然不同的方法。主要體 現(xiàn)在如下幾方面： 指令系統(tǒng)簡單，指令條數(shù)少； 尋址方式少； 指令格式簡單，指令長度固定，操作碼字?jǐn)?shù)位置 固定； CPU中設(shè)置大量的寄存器，以減少對存儲器的訪問。,48,精簡指令系統(tǒng)具有如下特征: 1、每一個機(jī)器周期完成一條機(jī)器指令 2、大多數(shù)操作都是從寄存器到寄存器的(R-R型) 3、尋址方式簡單 4、指令格式簡單,49,5.4.2 RISC與CISC,CISC/RISC CISC為Complex Instruct