1、第七章 指 令 系 統(tǒng),更多資料下載：,7.1 機(jī) 器 指 令,一、指令的一般格式,1. 操作碼,反映機(jī)器做什么操作,(1) 長(zhǎng)度固定,(2) 長(zhǎng)度可變,用于指令字長(zhǎng)較長(zhǎng)的情況,，RISC,如 IBM 370,操作碼 8 位,操作碼分散在指令字的不同字段中,(3) 擴(kuò)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,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,7.1,2. 地址碼,(1) 四地址,(2) 三地址,8 6 6 6 6,A1 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

2、地址,若 PC 代替 A4,8 8 8 8,4 次訪存,4 次訪存,尋址范圍 26 = 64,尋址范圍 28 = 256,若 A3 用 A1 或 A2 代替,7.1,(3) 二地址,8 12 12,或,4 次訪存,若ACC 代替 A1（或A2）,若結(jié)果存于 ACC,(4) 一地址,(5) 零地址,8 24,無地址碼,2 次訪存,尋址范圍 212 = 4 K,尋址范圍 224 = 16 M,3次訪存,7.1,二、指令字長(zhǎng),指令字長(zhǎng)決定于,操作碼的長(zhǎng)度,指令字長(zhǎng) = 存儲(chǔ)字長(zhǎng),2. 指令字長(zhǎng) 可變,操作數(shù)地址的長(zhǎng)度,操作數(shù)地址的個(gè)數(shù),1. 指令字長(zhǎng) 固定,按字節(jié)的倍數(shù)變化,7.1,小結(jié),當(dāng)用一些硬

3、件資源代替指令字中的地址碼字段后,當(dāng)指令的地址字段為寄存器時(shí),可擴(kuò)大指令的尋址范圍,可縮短指令字長(zhǎng),可減少訪存次數(shù),三地址 OP R1, R2, R3,二地址 OP R1, R2,一地址 OP R1,指令執(zhí)行階段不訪存,可縮短指令字長(zhǎng),7.1,7.2 操作數(shù)類型和操作種類,一、操作數(shù)類型,無符號(hào)整數(shù),定點(diǎn)數(shù)、浮點(diǎn)數(shù)、十進(jìn)制數(shù),ASCII,邏輯運(yùn)算,二、數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)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,存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)存放（存儲(chǔ)字長(zhǎng)為 32 位）,7.2,三、操作類型,1. 數(shù)據(jù)傳送,寄存器,寄存器,寄存器,寄存器,存儲(chǔ)器,存儲(chǔ)器,存儲(chǔ)器,存儲(chǔ)器,置“1”，清“0”,2

4、. 算術(shù)邏輯操作,加、減、乘、除、增 1、減 1、求補(bǔ)、浮點(diǎn)運(yùn)算、十進(jìn)制運(yùn)算,與、或、非、異或、位操作、位測(cè)試、位清除、位求反,如 8086,MOVE,STORE,LOAD,MOVE,PUSH,POP,例如,MOVE,MOVE,7.2,ADD SUB MUL DIV INC DEC CMP NEG AAA AAS AAM AAD AND OR NOT XOR TEST,3. 移位操作,算術(shù)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(jìn)位轉(zhuǎn)（C = 1）JC,跳過一條指令 SKP,循環(huán)移位（帶進(jìn)位和不帶進(jìn)

5、位）,如,邏輯移位,完成觸發(fā)器,7.2,(3) 調(diào)用和返回,CALL SUB1,CALL SUB2,CALL SUB2,RETURN,RETURN,7.2,IN AX, n,OUT DX, AL,OUT n, AX,OUT DX, AX,(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 8086 INT TYPE 軟中斷,提供給用戶使用的陷阱指令，完成系統(tǒng)調(diào)用,5. 輸入輸出,IN AL, DX,IN AX, DX,7.2,如,如,IN AL, n,OUT n, AL,7.3 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

6、令地址,尋址方式,7.3 尋 址 方 式,一、指令尋址,順序,跳躍,由轉(zhuǎn)移指令指出,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(shí)地址,約定,指令字長(zhǎng) = 存儲(chǔ)字長(zhǎng) = 機(jī)器字長(zhǎng),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,可正可負(fù) 補(bǔ)碼,形式地址 A 就是操作數(shù),7.3,2. 直接尋址,EA = A,尋址特征,A,ACC,執(zhí)行階段訪問一次存儲(chǔ)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,7.3,3. 隱含尋址,操作數(shù)地址隱含在操作碼中,尋址特征,A,ACC,暫存,另一個(gè)操作數(shù) 隱含在 ACC

7、中,如 8086,MUL 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(gè)地址字段，可縮短指令字長(zhǎng),7.3,4. 間接尋址,EA =（A）,有效地址由形式地址間接提供,尋址特征,A,EA,A1,EA,執(zhí)行指令階段 2 次訪存,可擴(kuò)大尋址范圍,便于編制程序,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,7.3, ,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,7.3,JMP A,5. 寄存器尋址,EA = Ri,執(zhí)行階段不訪存，只訪問

8、寄存器，執(zhí)行速度快,尋址特征,寄存器個(gè)數(shù)有限，可縮短指令字長(zhǎng),有效地址即為寄存器編號(hào),7.3,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(chǔ)器中，執(zhí)行階段訪存,尋址特征,便于編制循環(huán)程序,有效地址在寄存器中,7.3,7. 基址尋址,(1) 采用專用寄存器作基址寄存器,EA = ( BR ) + A,BR 為基址寄存器,尋址特征,可擴(kuò)大尋址范圍,便于程序搬家,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,7.3,(2) 采用通用寄存器作基址寄存器,尋址特征,R0 作基址寄存器,由用戶指定哪個(gè)通用寄存器作為基址寄存器,

9、基址寄存器的內(nèi)容由操作系統(tǒng)確定,在程序的執(zhí)行過程中 R0 內(nèi)容不變，形式地址 A 可變,7.3,8. 變址尋址,EA = ( IX ) +A,尋址特征,可擴(kuò)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,7.3,例,設(shè)數(shù)據(jù)塊首地址為 D，求 N 個(gè)數(shù)的平均值,直接尋址,變址尋址,LDA D,ADD D + 1,ADD D + 2,ADD D + ( N -1 ),DIV # N,STA ANS,LDA # 0,LDX # 0,INX,CPX # N,BNE M,DIV #

10、N,STA ANS,共 N + 2 條指令,共 8 條指令,X 為變址寄存器,D 為形式地址,(X) 和 #N 比較,結(jié)果不為零則轉(zhuǎn),7.3,9. 相對(duì)尋址,EA = ( PC ) + A,A 是相對(duì)于當(dāng)前指令的位移量（可正可負(fù)，補(bǔ)碼）,A 的位數(shù)決定操作數(shù)的尋址范圍,程序浮動(dòng),廣泛用于轉(zhuǎn)移指令,操作數(shù),尋址特征,相對(duì)距離 A,7.3,(1) 相對(duì)尋址舉例,M 隨程序所在存儲(chǔ)空間的位置不同而不同,EA = ( M+3 ) 3 = M,7.3,(2) 按字節(jié)尋址的相對(duì)尋址舉例,JMP * + 8,設(shè) 當(dāng)前指令地址 PC = 2000H,轉(zhuǎn)移后的目的地址為 2008H,因?yàn)?取出 JMP * +

11、8 后 PC = 2002H,二字節(jié)指令,故 JMP * + 8 指令 的第二字節(jié)為 2008H - 2002H = 6H,7.3,10. 堆棧尋址,(1) 堆棧的特點(diǎn),堆棧,多個(gè)寄存器,指定的存儲(chǔ)空間,先進(jìn)后出（一個(gè)入出口）,棧頂?shù)刂?由 SP 指出, 1,1FFFH,+1,2000 H,1FFF H,2000 H,7.3,(2) 堆棧尋址舉例,PUSH A 前,PUSH A 后,POP A 前,POP A 后,7.3,(3) SP 的修改與主存編址方法有關(guān), 按 字 編址,進(jìn)棧,出棧, 按 字節(jié) 編址,存儲(chǔ)字長(zhǎng) 16 位,進(jìn)棧,出棧,存儲(chǔ)字長(zhǎng) 32 位,進(jìn)棧,出棧,7.3,7.4 指令格式

12、舉例,一、設(shè)計(jì)指令格式時(shí)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(gè)數(shù)及操作的難易程度,指令字長(zhǎng)、操作碼位數(shù),尋址方式,寄存器個(gè)數(shù),地址碼位數(shù)、地址個(gè)數(shù),尋址方式、是否采用擴(kuò)展操作碼,二、指令格式舉例,1. PDP 8,指令字長(zhǎng)固定 12 位,7.4,2. PDP 11,指令字長(zhǎng)有 16 位、32 位、48 位三種,零地址 (16 位),一地址 (16 位),擴(kuò)展操作碼技術(shù),7.4,3. IBM 360,7.4,4. Intel 8086,(1) 指令字長(zhǎng),(2) 地址格式,1 6 個(gè)字節(jié),MOV WORD PTR0204, 0138H 6 字節(jié),INC AX 1 字節(jié),一地址,NOP 1 字節(jié),CALL,零地址,寄存器 寄存器,寄存器 立即數(shù),寄存器 存儲(chǔ)器,ADD AX，BX 2 字節(jié),ADD AX，3048H 4 字節(jié),ADD AX，3048H 3 字節(jié),二地址,CALL,7.4,7.5 RISC 技 術(shù),一、RISC 的產(chǎn)生和發(fā)展,80 20 規(guī)律,典型程序中 80% 的語(yǔ)句僅僅使 用處理機(jī)中 20% 的指令,執(zhí)行頻度高的簡(jiǎn)單指令，因復(fù)雜指令 的存在，執(zhí)行速度無法提高,RISC（Reduced Instr