计算机组成原理第四章课件白中英版优质PPT.ppt

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l完善的计算机的指令系统应具备：

完善的计算机的指令系统应具备：

11、完备性：

完备性：

一台计算机中最基本的、必不可少的指令构成了指令系统的完一台计算机中最基本的、必不可少的指令构成了指令系统的完备性。

备性。

22、有效性：

有效性：

指利用该指令系统所提供的指令编制的程序能够产生高效率。

高效率主要表现在空间和时间方面，即占用存储空间小、执行速度快。

33、规整性：

规整性：

指令操作的对称性和匀齐性，指令格式与数据格式的一致性。

（11）对称性：

在指令系统中，所有寄存器和存储单元都可同等对待，这对）对称性：

在指令系统中，所有寄存器和存储单元都可同等对待，这对简化程序设计，提高程序的可读性非常有用。

简化程序设计，提高程序的可读性非常有用。

（22）匀齐性：

是指一种操作性质的指令可以支持各种数据类型。

）匀齐性：

（33）指令的格式与数据格式的一致性：

指令长度与数据长度有一定关系，）指令的格式与数据格式的一致性：

指令长度与数据长度有一定关系，以方便存取和处理。

以方便存取和处理。

44、兼容性：

兼容性：

兼容性一般是指计算机的体系结构设计基本相同，机器之间具兼容性一般是指计算机的体系结构设计基本相同，机器之间具有相同的基本结构、数据表示和共同的基本指令集合。

有相同的基本结构、数据表示和共同的基本指令集合。

计算机组成原理计算机组成原理6程序、指令、指令系统、指令格式l计算机的程序是由一系列的指令组成计算机的程序是由一系列的指令组成l指令是要计算机执行某种操作的命令指令是要计算机执行某种操作的命令l指令系统是一台计算机中所有指令的集合指令系统是一台计算机中所有指令的集合决定计算机的基本功能，软件与硬件的界面决定计算机的基本功能，软件与硬件的界面是计算机系统设计的一个核心问题是计算机系统设计的一个核心问题l指令格式是用二进制代码表示的指令形式指令格式是用二进制代码表示的指令形式由操作码字段和地址码字段组成由操作码字段和地址码字段组成操作码：

表示指令进行什么性质的操作操作码：

表示指令进行什么性质的操作地址码：

指定参与操作的操作数地址地址码：

指定参与操作的操作数地址计算机组成原理计算机组成原理第四章指令系统第四章指令系统4.2指令格式指令格式l计算机的指令格式与机器的字长、存储器的容量及指令的计算机的指令格式与机器的字长、存储器的容量及指令的功能密切相关。

功能密切相关。

计算机组成原理计算机组成原理第四章指令系统第四章指令系统指令操作码与地址码指令操作码与地址码l两个字段：

操作码字段两个字段：

操作码字段+操作数地址字段：

操作数地址字段：

1.1.操作码操作码操作码是指明指令操作性质的命令码。

它提供指令的操作控制信息。

操作码是指明指令操作性质的命令码。

（11）每条指令都要求它的操作码必须是独一无二的位组合。

）每条指令都要求它的操作码必须是独一无二的位组合。

（22）指令系统中指令的个数）指令系统中指令的个数NN与操作码的位数与操作码的位数nn，必须满足关系式：

，必须满足关系式：

N2N2nn2.2.操作数地址码操作数地址码（11）地址码：

用来描述该指令的操作对象。

）地址码：

（22）指令字长）指令字长=操作码的位数操作码的位数+（+（操作数地址个数操作数地址个数）*（）*（操作数地址码位数操作数地址码位数）地址码字段AC操作码字段OC计算机组成原理计算机组成原理9地址码操作码操作码A1A2A3操作码操作码A1A2操作码A操作码操作码三地址指令三地址指令二地址指令二地址指令单地址指令单地址指令零地址指令零地址指令计算机组成原理计算机组成原理第四章指令系统第四章指令系统指令操作码与地址码指令操作码与地址码一、指令格式一、指令格式1.零地址指令格式零地址指令格式这是一种没有操作数地址部分的指令格式。

这是一种没有操作数地址部分的指令格式。

这种指令有两种可能：

（1）无需任何操作数。

如空操作指令，停机指令等。

）无需任何操作数。

（2）所需的操作数是默认的：

堆栈。

）所需的操作数是默认的：

操作码OC计算机组成原理计算机组成原理第四章指令系统第四章指令系统指令操作码与地址码指令操作码与地址码A、堆栈的概念、堆栈的概念（a）是若干个存储单元）是若干个存储单元（或寄存器或寄存器）的有序集合，它顺序地存放一组元的有序集合，它顺序地存放一组元素。

素。

（b）数据的存取都只能在栈顶单元内进行，即数据的进栈与出栈都只）数据的存取都只能在栈顶单元内进行，即数据的进栈与出栈都只能经过栈顶单元这个能经过栈顶单元这个“出入口出入口”。

（c）堆栈中的数据采用）堆栈中的数据采用“先进后出先进后出”或或“后进先出后进先出”的存取工作方式。

的存取工作方式。

B、堆栈结构在计算机中的作用堆栈结构在计算机中的作用（a）具有堆栈结构的机器使用零地址指令，这不仅合指令长度短，指）具有堆栈结构的机器使用零地址指令，这不仅合指令长度短，指令结构简单，机器硬件简化。

令结构简单，机器硬件简化。

（b）实现程序调用，子程序嵌套调用和递归调用。

）实现程序调用，子程序嵌套调用和递归调用。

（c）对于）对于“中断中断”技术，堆栈更是不可缺少的，保存技术，堆栈更是不可缺少的，保存“断点断点”和和“现现场场”。

计算机组成原理计算机组成原理第四章指令系统第四章指令系统指令操作码与地址码指令操作码与地址码C、堆栈的操作、堆栈的操作设数据进栈方向为从高地址向低地址发展，当向堆栈设数据进栈方向为从高地址向低地址发展，当向堆栈压入数据时，压入数据时，SP的内容先自动递减而指向一个新的空栈的内容先自动递减而指向一个新的空栈顶单元，再把数据写入此栈顶单元；

当数据弹出堆栈时，顶单元，再把数据写入此栈顶单元；

当数据弹出堆栈时，立即读出立即读出SP所指向的栈顶单元内容，再把所指向的栈顶单元内容，再把SP内容自动递内容自动递增而指向新的栈顶位置。

即增而指向新的栈顶位置。

即PUSHX；

（SP）-1SP（X）（SP）POPX；

（SP）X（SP）+1SP计算机组成原理计算机组成原理第四章指令系统第四章指令系统指令操作码与地址码指令操作码与地址码2.一地址指令格式一地址指令格式

（1）指令中给出的一个地址即是操作数的地址，又是操作）指令中给出的一个地址即是操作数的地址，又是操作结果的存储地址。

如加结果的存储地址。

如加1、减、减1、移位等单操作数指令。

、移位等单操作数指令。

（2）在某些计算机中，指令中提供的一个地址提供一个操）在某些计算机中，指令中提供的一个地址提供一个操作数，另一个操作数是由机内硬件寄存器作数，另一个操作数是由机内硬件寄存器“隐含隐含”地自动地自动提供的。

所谓提供的。

所谓“隐含隐含”是指此操作数在指令中不出现，而是指此操作数在指令中不出现，而是按照事先约定由寄存器默认提供，运算结果仍送到寄存是按照事先约定由寄存器默认提供，运算结果仍送到寄存器中。

因为这个寄存器在连续运算时，保存着多条指令连器中。

因为这个寄存器在连续运算时，保存着多条指令连续操作的累计结果，故称为累加器续操作的累计结果，故称为累加器（AC）。

AC1操作码OC计算机组成原理计算机组成原理第四章指令系统第四章指令系统指令操作码与地址码指令操作码与地址码3.二地址指令格式二地址指令格式

（1）把保存操作前原来操作数的地址称为源点地址）把保存操作前原来操作数的地址称为源点地址（SS），把保存指令，把保存指令执行结果的地址称为终点地址或目的地址执行结果的地址称为终点地址或目的地址（DD）。

（2）将源点与终点操作数进行操作码规定的操作后，将结果存入终点）将源点与终点操作数进行操作码规定的操作后，将结果存入终点地址。

通常二地址指令又称为双操作数指令。

地址。

例如，双操作数加法指令：

ADDR0，R1表示将表示将R0寄存器的内容和寄存器的内容和R1寄存器的内容相加以后，将寄存器的内容相加以后，将结果存入结果存入R1寄存器中。

寄存器中。

又如又如ADD（R0），R1表示将表示将R0寄存器的内容作为地址，到内存中取出寄存器的内容作为地址，到内存中取出该地址所指向的单元内容作为源点操作数，和作为终点操作数的该地址所指向的单元内容作为源点操作数，和作为终点操作数的R1寄寄存器的内容相加以后，将结果存入存器的内容相加以后，将结果存入R1寄存器中。

AC1操作码OCAC2计算机组成原理计算机组成原理第四章指令系统第四章指令系统指令操作码与地址码指令操作码与地址码4.三地址指令格式三地址指令格式其操作是对其操作是对AC1、AC2指出的两个操作数进行指出的两个操作数进行操作码所规定的操作，并将结果存入操作码所规定的操作，并将结果存入AC3中。

例中。

例如：

如：

ADDXYZ含义为含义为（X）+（Y）Z即即X单元内容加上单元内容加上Y单元内容，单元内容，结果送结果送Z单元中。

单元中。

AC1操作码OCAC3AC2计算机组成原理计算机组成原理第四章指令系统第四章指令系统指令操作码与地址码指令操作码与地址码5.多地址指令格式多地址指令格式例如四地址指令格式。

例如四地址指令格式。

（1）含义：

）含义：

ADDXYZWA、（、（X）+（Y）ZB、（、（W）下一条指令地址下一条指令地址

（2）特点：

）特点：

A、直观明了；

、直观明了；

B、程序执行的流向明确；

、程序执行的流向明确；

C、操作数和结果可以分散在内存各处。

、操作数和结果可以分散在内存各处。

D、但是指令字长度太长。

、但是指令字长度太长。

AC1操作码OCAC4AC3AC2计算机组成原理计算机组成原理第四章指令系统第四章指令系统指令操作码与地址码指令操作码与地址码l指令格式设计准则指令格式设计准则11、指令字长要短，以得到时间和空间上的优势。

、指令字长要短，以得到时间和空间上的优势。