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第11讲指令格式
1 指令系统的发展与性能要求
2 指令格式
3 寻址方式
1
1 指令系统的发展与性能要求
指令:微机完成规定操作的命令
微指令:微程序级的命令,它属于硬件。
宏指令:由若干条机器指令组成的软件指令,它属于软件。
机器指令(指令):介于微指令与宏指令之间,每条指令可完成一个独立的算术运算或逻辑运算。
指令系统:机器指令的集合称为计算机的指令系统,即CPU所能识别的全部指令。
硬件
软件
指令系统
微指令
机器指令
宏指令
50年代:指令系统只有定点加减、逻辑运算、数据传送、转移等十几至几十条指令。
60年代后期:增加了乘除运算、浮点运算、十进制运算、字符串处理等指令,指令数目多达一二百条,寻址方式也趋多样化。
70年代末期:大多数计算机的指令系统多达几百条。我们称这些计算机为复杂指令系统计算机(CISC)。但是如此庞大的指令系统难以保证正确性,不易调试维护,造成硬件资源浪费。为此人们又提出了便于VLSI技术实现的精简指令系统计算机(RISC)。
(1)指令系统的发展
指令系统的性能决定了计算机的基本功能,它的设计直接关系到计算机的硬件结构和用户的需要。
一个完善的指令系统应满足如下四方面的要求:
完备性
有效性
规整性
兼容性
(2) 对指令系统性能的要求
2 指令格式
一条指令应包含如下信息:
进行何种操作:即操作性质。
体现在指令中被称为操作码。
操作的对象:数据来源以及如何寻找操作数。
体现在指令中被称为地址码
操作结果:结果存放在何处。
下一条指令又如何寻找
操作码字段OP
地址码字段A
一个
一个、多个或0个
1) 指令字长:一个指令字中包含二进制代码的位数。
指令字的长度取决于操作码的长度、操作数地址的长度和操作数地址的个数。
2)机器字长:计算机能直接处理的二进制数据的位数,它决定了计算机的运算能力。
(1) 指令字长
3) 指令字长与机器字长的关系
指令字长与机器字长没有固定的关系。
等长指令字结构:在一个指令系统中,各种指令字长度是相等的。
优点:指令字结构简单:取指快、译码简单,便于控制。
变长指令字结构:在一个指令系统中,各种指令字长度随指令功能而异,按字节的倍数变化。
优点:指令字结构灵活,合理利用存储空间; 缺点:指令的控制较复杂。
单字长指令:指令字长等于机器字长;
双字长指令:指令字长等于两个机器字长;
半字长指令:指令字长只有半个机器字长。
各种指令字的结构情况
地址

I
I+1
I+2
I+3
指令
指令
指令
指令
┆
一个字长
┆
┆
指令
指令
指令
指令
地址

I
I+1
I+2
I+3
一个字长
指令
指令
指令
指令
┆
地址

I
I+1
I+2
I+3
指令1
指令2
一个字长
┆
单字长指令
双字长指令
半字长指令
变字长指令
指令3
一个字长
地址
I
I+1
I+2
I+3
I+4
I+5
I+6
指令1
指令2
┆
•操作码反映机器做什么操作。
•操作码所占的二进制位数决定了一台计算机所能允许的指令条数。
例如,操作码占用六位二进制码时,这台计算机最多允许有:
(2)操作码格式
26=64 条指令
1)固定格式--定长操作码
各指令操作码的位置、位数固定相同。
2)可变格式--扩展操作码
各指令操作码的位置、位数不固定,根据需要变化,操作码的位数随地址数的减少而增加。关键在设置扩展标志。
假设一台计算机指令字长16位,操作码与地址码都为4位,如图所示。
1)方法一:固定格式,则最多可以设计16条三地址指令。显然,4位基本操作码是不够的,必须向地址码字段扩展操作码的长度。
2)方法二:扩展操作码
该指令可以包含3、2、1或0个地址。
OP
A1
A2
A3