第5章指令系统 计算机组成原理课程授课教案.ppt

第五章 指令系统 第五章 指令系统 名词解释： 指令：命令计算机直接进行某种基本操作的二进制代码串,也叫机器语言代码。每条指令可以完成一个独立的算术运算或逻辑运算操作。 从计算机组成的层次结构来说，计算机的指令有微指令、机器指令和宏指令。微指令是微程序级的命令，它属于硬件；宏指令是由若干条机器指令组成的软件指令，它属于软件；而机器指令则介于微指令与宏指令之间。 5.2 指令格式 5.2.1 指令格式 一条指令必须包含： （1）操作 码 （2）操作数地址 （3）操作结果的存储地址 （4）下一条指令的地址 1、零地址指令 格式： OPCODE OPCODE=Operation Code 指令中只有操作码没有操作数或地址。两种可能： （1）无需操作数，例如：NOP 、HLT，也叫无操作数指令 （2）操作数是默认的 2. 一地址指令 3. 二地址指令 4. 三地址指令 前面5种指令格式并非所有计算机都具有，零地址、一地址和两地址指令多用于小型机、微型机。 两地址、三地址和多地址多为字长较长的大、中型机采用。 5.2.2 指令操作码的扩展技术 可变格式操作码 即操作码长度可以改变，且分散放在指令字的不同字段中。 这种方法在不增加指令字长度的情况下可表示更多的指令，但增加了译码和分析难度，需更多硬件支持。微机中常使用此方式。如Z-80,Intel8086/Pentium等. 5.2.2 指令操作码的扩展技术 假设某机器的指令长度为16位，包括4位基本操作码和三个4位地址码段。 15… 12 11……8 7 ……4 3…..0 可变格式操作码的指令示例 15条三地址指令的操作码为：0000 ~ 1110 15条二地址指令的操作码为：前4位1111， 即 1111 0000 ~ 1111 1110 15条一地址指令的操作码为：前8位均为1， 即 0000 1110 16条零地址指令的操作码为：前12位均为1， 即 1111111111110000~1111111111111111 可变格式操作码的指令示例3 15条三地址为： 0000 ~ 1110 14条二地址为： 31条一地址为： 111111100000 ~111111111110 16条零地址为： 1111111111110000~1111111111111111 操作码扩展方法的原则: 机器字长是指计算机能直接处理的二进制数据的位数，它与计算机的功能和用途有很大的关系，是计算机的一个重要技术指标。地址码长度决定了指令直接寻址能力。这对于字长较短（8位或16位）的微型机来说远远满足不了实际需要，扩大寻址能力的方法，一是通过增加机器字长来增加地址码的长度；二是采用地址扩展技术，把存储空间分成若干个段，用基地址加位移量的方法来增加地址码的长度。 指令的长度与机器的字长没有固定的关系，它既可以小于或等于机器的字长,也可以大于机器的字长。前者称为短格式指令，后者称为长格式指令。一条指令存放在地址连续的存储单元中。同一台计算机中可能既有短格式指令又有长格式指令，但通常是把最常用的指令（如算术逻辑运算指令、数据传送指令）设计成短格式指令，以便节省存储空间和提高指令的执行速度。 5.3 数据表示 计算机指令系统可支持对字节、半字、字、双字的运算，有的还支持位操作。 5.4 指令的寻址方式 寻址方式(Addressing mode)：确定本条指令的数据地址及下一条要执行的指令地址的方法。 一、直接寻址(Direct addressing) 指令的地址码部分给出的就是操作数在存储器中的地址。 特点是简单直观， 便于硬件实现，但 操作数地址是指令 的一部分，只能用 于访问固定的存储 器单元。 例： MOV AX，[0110H] 一、直接寻址(Direct addressing) 二、寄存器寻址(Register Addressing) 在指令的地址码部分给出某一寄存器的名称(地址)，而所需的操作数就在这个寄存器中。 这种方式数据传送快，计算机中多用。 三、基址寻址(Based Addressing) 机器内设置一个基址寄存器，操作数的地址由基址寄存器的内容和指令的地址码A相加得到。 地址码A通常称为位移量(disp)或偏移量。 三、基址寻址(Bas