1、機(jī)器指令系統(tǒng)課件 制作: 錢光明,主要內(nèi)容:1 1、基本概念； 2、指令格式; 3、尋址方式; 4、相關(guān)重要硬件（PC、 PSW、及堆棧）; 5、典型指令系統(tǒng)；,1. 基本概念 指令：要計(jì)算機(jī)執(zhí)行的某種操作命令。 指令系統(tǒng)：一般指一臺(tái)計(jì)算機(jī)中所有機(jī)器指令 的集合。 它是機(jī)器硬件設(shè)計(jì)的依據(jù)，也是軟件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。是硬件和軟件間的界面。 系列計(jì)算機(jī)：ARM, IBM，PDP-11，VAX-11，Intel CISC-復(fù)雜指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī) RISC-精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī) 注: 本章下面談到的指令均指機(jī)器指令.,考研真題*： （2009年）17、下列有關(guān)RISC的敘述中，錯(cuò)誤的是 A . RISC普遍采用微

2、程序控制器 B. RISC大多數(shù)指令在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成 C. RISC的內(nèi)部通用寄存器數(shù)量相對(duì)CISC多 D. RISC的指令數(shù)、尋址方式和指令格式種類相對(duì)CISC少.,一個(gè)指令系統(tǒng)一般應(yīng)考慮： 1）.完備性：指令豐富，功能齊全，使用方便。 2）.有效性：程序占空間小，執(zhí)行速度快。 3）.規(guī)整性：對(duì)稱性，勻齊性，指令格式和數(shù)據(jù)格式的一 致性。 4）.兼容性： “向上兼容”-系列機(jī)中低檔機(jī)上運(yùn)行的軟件可以在高檔機(jī)上運(yùn)行。,三星S3C2440指令舉例: LDR R0, R1, #4; R0 (R1)+4 ADD R0, R0，#0 x11; R0 (R0)+0 x11 注意重要硬件-寄存器。,麓

3、芯1號(hào)指令舉例: MOV R0, R1; (R0)R1 000110 10 000 10 001 ADD R0, R1; (R0)+ (R1) R1 000111 10 000 10 001 注意重要硬件-寄存器。,2. 指令格式 表示一條指令的機(jī)器字，稱為指令字，簡(jiǎn)稱指令。 它以二進(jìn)制代碼存往指令寄存器(重要硬件)。 指令字的組成： 操作碼(OPCODE)+地址碼(Address code) 和/或稱操作數(shù)(OPERAND) 指令字的長(zhǎng)度：定長(zhǎng) 或變長(zhǎng) 2.1操作碼(OP)-操作的性質(zhì) 1）指令系統(tǒng)中的每條指令都要對(duì)應(yīng)一個(gè)操作碼; 2）OP的位數(shù)取決于指令系統(tǒng)的規(guī)模;,2.2 地址碼(Add

4、ress code)和/或操作數(shù) 1） 按地址的數(shù)目可分為: 三地址指令 OP A1 A2 A3 (A1)OP(A2) A3 二地址指令 OP A1 A2 (A1)OP(A2) A1 一地址指令 OP A (AC)OP(A) AC 注意重要硬件AC 零地址指令 OP 只有OP，無地址碼。如停機(jī)，空操作，堆棧指令等。 2）從操作數(shù)的物理位置分: 訪問內(nèi)存 訪問寄存器 訪問內(nèi)存和寄存器型,為什么一般少設(shè)計(jì)三地址指令？,2.3 指令格式舉例 1）.PDP-11指令格式 單字長(zhǎng)格式 10 3 3 尋址方式 寄存器號(hào) 4 3 3 3 3 源操作數(shù) 目的操作數(shù) 2）. 8088/8086指令格式（略）,3

5、. 尋址方式(Addressing Mode) 所謂尋址方式，就是尋找指令或操作數(shù)的有效地址 的方式。 3.1 指令的尋址方式 1）順序?qū)ぶ?程序指令在主存中順序存放； 執(zhí)行時(shí)逐條取出并逐條執(zhí)行； CPU中必須有一個(gè)程序計(jì)數(shù)器PC（或指令指針I(yè)P）， 每執(zhí)行一條指令，PC加 1（或2或一個(gè)其它固定值），以指出下條指令的地址。 注意重要硬件PC。,指令順序?qū)ぶ愤^程： 程序（指令）內(nèi)存：,101,100,PC：,100,：,+1,：,2）跳躍尋址 當(dāng)程序中出現(xiàn)分支或循環(huán)時(shí)，就會(huì)改變程序的執(zhí)行順序。下條指令的地址由指令本身給出。,3.2 操作數(shù)的尋址方式 形成操作數(shù)有效地址的方法。 單地址: 操作碼

6、 特征碼 形式地址 雙地址: 操作碼 特征碼1 形式地址1 特征碼2 形式地址2 機(jī)型不同,尋址方式各異.,地址碼的構(gòu)成: X, D,OP,X1,D1,X2,D2,1）立即尋址 地址碼字段不是操作數(shù)的地址， 而是操作數(shù)本身。 例1：8086機(jī) MOV AX, 2038H ；2038HAX 例2：PDP-11機(jī) ADD #200, R0 ；（R0）+200 R0 注意重要硬件: 通用寄存器,2）寄存器（直接）尋址(Register Addressing) 操作數(shù)在CPU的內(nèi)部寄存器中。 例1：8086機(jī) MOV AX, BX； AX(BX) INC AX; AX(AX)+1 例2：PDP-11機(jī)

7、 MOV R1, R0 ；（R1）R0 INC R1; （R1)+1R1,3）（存儲(chǔ)器）直接尋址(Direct Addressing) 由地址碼字段直接給出操作數(shù)在內(nèi)存中的地址。 一般形式舉例： E=D,編碼舉例: X=00 立即尋址 X=01 寄存器尋址 X=10 直接尋址 X=11 間接尋址,4）. 間接尋址(Indirect Addressing),D是操作數(shù)地址的地址 E=(D) （存儲(chǔ)器）間接尋址舉例：,（寄存器）間接尋址舉例： PDP-11指令: ADD (R0), R1; (R0)+(R1)R1,5）. 相對(duì)尋址(Relative Addressing),D加(PC) 作為操作數(shù)

8、的地址.,PC,6）.變址尋址(Index Addressing),一個(gè)特殊寄存器R，稱為變址寄存器. R,OP,X4,200,3000,操作數(shù),R,3200,7）.基值尋址(Base Addressing),與變址類似. 基值 (變址)尋址的主要作用: 擴(kuò)大尋址能力;-基值尋址 實(shí)現(xiàn)程序和數(shù)據(jù)的浮動(dòng); -基值尋址 易于用循環(huán)程序處理數(shù)組問題; -變址尋址 變址與基值尋址的不同之處*: 基值尋址: (多由OS提供)基值R提供基準(zhǔn)量,指令提供位移量; 變址尋址: (多由用戶提供)變址R提供修改量,指令提供基準(zhǔn)量.,8）.復(fù)合尋址(Composite Addressing),將間址、相對(duì)、變址和基

9、值等組合. 變址間址舉例：先變址,后間址.,R,考研真題*： （2009年）16、某計(jì)算機(jī)的字長(zhǎng)16位，主存按字節(jié)編址，轉(zhuǎn)移指令采用相對(duì)尋址，由兩個(gè)字節(jié)組成，第一字節(jié)為操作碼字段，第一字節(jié)為相對(duì)位移量字段。假定取指令時(shí)，每取一個(gè)字節(jié)PC自動(dòng)加1。若某轉(zhuǎn)移指令所在主存地址為2000H，相對(duì)位移量字段的內(nèi)容為06H，則該轉(zhuǎn)移指令成功以后的目標(biāo)地址是 A2006H B. 2007H C. 2008H D. 2009H.,4. 堆棧及程序狀態(tài)字PSW,4.1堆棧-存放程序運(yùn)行軌跡的特殊單元區(qū). 一組專門的寄存器.或是一塊專門的內(nèi)存區(qū). 特點(diǎn):后進(jìn)先出。 下面只講存儲(chǔ)器堆棧: 用一部分主存空間專作堆棧.

10、 優(yōu)點(diǎn): a.長(zhǎng)度可隨意; b.堆棧的數(shù)目可隨意指定; c.尋址簡(jiǎn)單-用訪內(nèi)指令.,重要硬件支持: SP(stack pointer)-堆棧指示器(棧指針),CPU中一個(gè)專門寄存器. SP的內(nèi)容是棧頂?shù)膯卧刂?，改變SP的內(nèi)容即可移動(dòng)棧頂?shù)奈恢? 注意:主存中某一部分作為堆棧區(qū)后,該部分不能作其它用途.,一種堆棧方式： 進(jìn)棧舉例： PUSH R; (R)(SP)，(SP)-1SP,R,出棧舉例： POP R; (SP)+1SP ，(SP) R,R,另一種堆棧方式： 8086 堆棧指令 例：PUSH AX 分兩次完成：(SP) 1 SP,(AH) (SP); (SP) 1 SP, (AL) (S

11、P); POP AX 分兩次完成：(SP) AL , (SP) +1 SP; (SP) AH , (SP) +1 SP;,進(jìn)棧舉例： PUSH AX;,108,107,106,108,SP,AX,1234,出棧舉例： POP AX;,AX,SP,108,107,106,12,34,106,偶數(shù)地址表示舉例：,本機(jī)型(80X86)SP始終指向“滿”單元。,關(guān)于堆棧要注意兩點(diǎn)： 是“向下增長(zhǎng)”還是“向上增長(zhǎng)”； SP是指向“滿”單元還是指向“空”單元。,4.2.程序狀態(tài)字PSW(Program Status Word) 狀態(tài)條件寄存器(PSW程序狀態(tài)字):存放機(jī)器和程序運(yùn)行的當(dāng)前狀態(tài). 以8086

12、為例: 8086 標(biāo)志寄存器FR(Flag Register) O 溢出 D 方向 I 中斷允許 T 追蹤 S 符號(hào) Z 零 A 輔助進(jìn)位 P 奇偶 C 進(jìn)位,以PDP-11為例: C；產(chǎn)生進(jìn)位或借位時(shí)，C置為1，否則置0；Carry V：運(yùn)算產(chǎn)生溢出時(shí)，V置為1，否則置0；Overflow Z：運(yùn)算結(jié)果為零時(shí)，Z置為1，否則置0；Zero N：運(yùn)算結(jié)果為負(fù)時(shí)，N置為1，否則置0；Negative T：跟蹤標(biāo)志位，程序調(diào)試時(shí)用來設(shè)置斷點(diǎn)； 57位：這3位反映現(xiàn)行程序的優(yōu)先級(jí)別。,5. 典型指令系統(tǒng) 5.1 8088/8086 1）.數(shù)據(jù)傳送類 取數(shù) MOV AX，TEMP 存數(shù) MOV TEM

13、P，AX 傳送 MOV AX，CX 2）.算術(shù)運(yùn)算類 ADD，ADC， SUB， INC，DEC, MUL，DIV等. 求補(bǔ) NEG，比較 CMP等. 3）.邏輯運(yùn)算類 NOT，AND，OR，XOR等.,注意次序是從“右”到“左”,4）.移位指令-（下頁(yè)有例子*） 算術(shù)移位、邏輯移位（及循環(huán)移位）。SHR SAR ROR RCR 5）.程序控制類 無條件轉(zhuǎn)移 JMP; 轉(zhuǎn)子程序 JSR 條件轉(zhuǎn)移 JNZ JNC JZ JC 子程序返回 RET 中斷返回 IRET 6）.輸入/輸出類 IN AX，n OUT n, AX 7）.其他類 標(biāo)志操作：CLC（clear carry flag) STC

14、(set carry flag) CLI (clear interrupt elable flag) HLT，WAIT等,注意PDP-11無IN和OUT指令,移位指令舉例*： 例1：MOV CL, 5; 設(shè)定移位次數(shù) SAR DI, CL; 算術(shù)右移 設(shè)指令執(zhí)行前:(DS)=0F800H, (DI)=180AH, (0F980A)=0064H. 則指令執(zhí)行后:(0F980A)=0003H，CF=0. 例2：MOV CL, 2; 設(shè)定移位次數(shù) SHL SI, CL; 邏輯左移 設(shè)指令執(zhí)行前: (SI)=1450H. 則指令執(zhí)行后: (SI)=5140H ，CF=0.,5.2 PDP-11指令 常見英文縮寫: BNE: Branch Not Equal BEQ: Branch on Equal BPL: Branch on Plus BMI: Branch on Minus BGT: Branch on Greater BLT: Branch on Less Than Zero BR: Branch RTS: Return from Subroutine,注意傳數(shù)次序是從左到“右”,PDP-11程序段舉例* R0=%0 ；0賦值給R0 R1=%1 R2=%2 R3=%3 ；循環(huán)變量 =500 DATA：WORD A