計算機(jī)組成原理課件（第三版）第五章 指令系統(tǒng)

計算機(jī)組成原理 主編： 石磊 教授 鄭州大學(xué)信息工程學(xué)院計算機(jī)系 2 第一章 概述 第二章 計算機(jī)中的數(shù)據(jù)表示 第三章 運算方法和運算器 第四章 存儲器及存儲系統(tǒng) 第五章 指令系統(tǒng) 第六章 中央處理器 第七章 總線系統(tǒng) 第八章 輸入輸出系統(tǒng) 第九章 計算機(jī)外部設(shè)備 第十章 計算機(jī)系統(tǒng)及發(fā)展 目錄 計算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 3頁 第 5章 指令系統(tǒng) 計算機(jī)組成原理 清華大學(xué)出版社 教學(xué)目標(biāo) 教學(xué)重點 教學(xué)過程 計算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 4頁 教學(xué)目標(biāo) 了解指令系統(tǒng)的發(fā)展與性能要求 掌握指令格式和尋址方式 計算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 5頁 教學(xué)重點 指令格式 擴(kuò)展操作碼 尋址方式 計算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 6頁 教學(xué)過程 算機(jī)的指令系統(tǒng)的發(fā)展與性能 令的格式 址方式 令的分類與高級語言 型指令系統(tǒng) 計算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 7頁 指令系統(tǒng)決定了計算機(jī)的基本功能，指令系統(tǒng)的設(shè)計是計算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計的一個核心問題。它不僅與計算機(jī)的硬件設(shè)計緊密相關(guān)，而且直接影響到系統(tǒng)軟件設(shè)計的難易程度。 完善的計算機(jī)的指令系統(tǒng)應(yīng)具備： 1、 完備性： 一臺計算機(jī)中最基本的、必不可少的指令構(gòu)成了指令系統(tǒng)的完備性。 2、 有效性： 指利用該指令系統(tǒng)所提供的指令編制的程序能夠產(chǎn)生高效率。高效率主要表現(xiàn)在空間和時間方面，即占用存儲空間小、執(zhí)行速度快。 3、 規(guī)整性： 指令操作的對稱性和勻齊性，指令格式與數(shù)據(jù)格式的一致性。 （ 1）對稱性：在指令系統(tǒng)中，所有寄存器和存儲單元都可同等對待，這對簡化程序設(shè)計，提高程序的可讀性非常有用。 （ 2）勻齊性：是指一種操作性質(zhì)的指令可以支持各種數(shù)據(jù)類型。 （ 3）指令的格式與數(shù)據(jù)格式的一致性：指令長度與數(shù)據(jù)長度有一定關(guān)系，以方便存取和處理。 4、 兼容性： 兼容性一般是指計算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計基本相同，機(jī)器之間具有相同的基本結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)表示和共同的基本指令集合。 計算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 8頁 計算機(jī)的指令格式與機(jī)器的字長、存儲器的容量及指令的功能密切相關(guān)。 計算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 9頁 （ 1/9） 兩個字段：操作碼字段 +操作數(shù)地址字段： 操作碼是指明指令操作性質(zhì)的命令碼。它提供指令的操作控制信息。 （ 1）每條指令都要求它的操作碼必須是獨一無二的位組合。 （ 2）指令系統(tǒng)中指令的個數(shù) n，必須滿足關(guān)系式： N2n （ 1）地址碼：用來描述該指令的操作對象。 （ 2）指令字長 =操作碼的位數(shù) +(操作數(shù)地址個數(shù) )*(操作數(shù)地址碼位數(shù) ) 地址碼字段 作碼字段 算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 10頁 （ 2/9） 一、指令格式 這是一種沒有操作數(shù)地址部分的指令格式。 這種指令有兩種可能： （ 1）無需任何操作數(shù)。如空操作指令，停機(jī)指令等。 （ 2）所需的操作數(shù)是默認(rèn)的：堆棧。 操作碼 算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 11頁 （ 3/9） A、堆棧的概念 （ a）是若干個存儲單元 (或寄存器 )的有序集合，它順序地存放一組元素。 （ b）數(shù)據(jù)的存取都只能在棧頂單元內(nèi)進(jìn)行，即數(shù)據(jù)的進(jìn)棧與出棧都只能經(jīng)過棧頂單元這個“出入口”。 （ c）堆棧中的數(shù)據(jù)采用“先進(jìn)后出”或“后進(jìn)先出”的存取工作方式。 B、 堆棧結(jié)構(gòu)在計算機(jī)中的作用 （ a）具有堆棧結(jié)構(gòu)的機(jī)器使用零地址指令，這不僅使指令長度短，指令結(jié)構(gòu)簡單，機(jī)器硬件簡化。 （ b）實現(xiàn)程序調(diào)用，子程序嵌套調(diào)用和遞歸調(diào)用。 （ c）對于“中斷”技術(shù)，堆棧更是不可缺少的，保存“斷點”和“現(xiàn)場”。 計算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 12頁 （ 4/9） C、堆棧的操作 設(shè)數(shù)據(jù)進(jìn)棧方向為從高地址向低地址發(fā)展，當(dāng)向堆棧壓入數(shù)據(jù)時， 把數(shù)據(jù)寫入此棧頂單元；當(dāng)數(shù)據(jù)彈出堆棧時，立即讀出 把 X； (1X)( X； (X (1算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 13頁 （ 5/9） （ 1）指令中給出的一個地址即是操作數(shù)的地址，又是操作結(jié)果的存儲地址。如加 1、減 1、移位等單操作數(shù)指令。 （ 2）在某些計算機(jī)中，指令中提供的一個地址提供一個操作數(shù)，另一個操作數(shù)是由機(jī)內(nèi)硬件寄存器“隱含”地自動提供的。所謂“隱含”是指此操作數(shù)在指令中不出現(xiàn)，而是按照事先約定由寄存器默認(rèn)提供，運算結(jié)果仍送到寄存器中。因為這個寄存器在連續(xù)運算時，保存著多條指令連續(xù)操作的累計結(jié)果，故稱為累加器 ( 作碼 算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 14頁 （ 6/9） （ 1）把保存操作前原來操作數(shù)的地址稱為源點地址 (把保存指令執(zhí)行結(jié)果的地址稱為終點地址或目的地址 ( （ 2）將源點與終點操作數(shù)進(jìn)行操作碼規(guī)定的操作后，將結(jié)果存入終點地址。通常二地址指令又稱為雙操作數(shù)指令。 例如，雙操作數(shù)加法指令： 0寄存器的內(nèi)容和 結(jié)果存入 又如 ( 0寄存器的內(nèi)容作為地址，到內(nèi)存中取出該地址所指向的單元內(nèi)容作為源點操作數(shù)，和作為終點操作數(shù)的 結(jié)果存入 作碼 算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 15頁 （ 7/9） 其操作是對 將結(jié)果存入 如： X Y Z 含義為 （ X） +（ Y） Z 即 單元內(nèi)容，結(jié)果送 作碼 算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 16頁 （ 8/9） 例如四地址指令格式。 （ 1）含義： X Y Z W A、（ X） +（ Y） Z B、（ W） 下一條指令地址 （ 2）特點： A、直觀明了； B、程序執(zhí)行的流向明確； C、操作數(shù)和結(jié)果可以分散在內(nèi)存各處。 D、但是指令字長度太長。 作碼 算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 17頁 （ 9/9） 指令格式設(shè)計準(zhǔn)則 1、指令字長要短，以得到時間和空間上的優(yōu)勢。 2、指令字長必須有足夠的長度。 3、指令字長一般應(yīng)是機(jī)器字符長度的整數(shù)倍以便存儲系統(tǒng)的管理。若機(jī)器中字符碼長是 機(jī)器字長最好是 L， 2L， 4L，8 4、指令格式的設(shè)計還與如何選定指令中操作數(shù)地址的位數(shù)有關(guān)。 例如，對同一容量 (如 64存儲器 （ 1）若取存儲單元為一字節(jié)長，則需要 16位地址碼， （ 2）若存儲單元長度為 32位，則只需 14位地址碼。 方案（ 1）對字符操作方便，但地址碼位數(shù)多， 方案（ 2）地址碼位數(shù)少，很有利，但字符操作困難，分辯率低。 （存儲器分辯率：指存儲器能被區(qū)分、識別與操作的精細(xì)程度） 計算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 18頁 （ 1/3） 一、操作碼和地址碼間的權(quán)衡（操作碼有兩種編碼格式） 1、固定格式：操作碼長度固定，且集中放在指令字的一個字段中。 2、可變格式：即操作碼長度可變，且分散地放在指令字的不同字段中。 二、擴(kuò)展操作碼 1、要點： （ 1）操作碼位數(shù)隨地址碼個數(shù)變化采取可變長度類型； （ 2）指令間指令碼一定不重復(fù)； （ 3）根據(jù)需要靈活變通。 計算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 19頁 （ 2/3） 2、比較 假設(shè)一臺計算機(jī)指令字長 16位，操作碼與地址碼都為 4位，如圖所示。 （ 1）方法一：固定格式，則最多可以設(shè)計 16條三地址指令 圖 10列處理機(jī)結(jié)構(gòu) 作碼 算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 20頁 （ 3/3） （ 2）方法二：擴(kuò)展操作碼，具體方法如下： A、 4位 0005條三地址指令，留編碼 1111作為擴(kuò)展標(biāo)志與下一個 4位組成一個 8位操作碼，引出二地址指令，則： B、（ a）若將 地址指令的 再定義 16條 2地址指令； （ b） 8位 11100005條二地址指令，剩下的一個編碼 11111111與下一個 4位組成一個 12位的操作碼，引出一地址指令； （ c）選 11110000 11111101共 14條 2地址指令，留 11111110，11111111為擴(kuò)展標(biāo)志，再與 此類推。 C、若選 B（ c），則可定義 31條 1地址指令，留一個編碼 111111111111為擴(kuò)展標(biāo)志，與下一個 4位組成 16位操作碼，引出 16條零地址指令； 3、擴(kuò)展操作碼的另一個演變是用操作碼中的某一位或幾位來說明指令的格式與長度，或是說明操作數(shù)的特征。 例如：小型機(jī) 最高位 15位 )來指明指令操作處理的數(shù)據(jù)字長度，當(dāng)?shù)?15位 =0，是字指令，操作數(shù)是 16位長的字；當(dāng) 15位 =1，是字節(jié)指令，操作數(shù)是 8位長的字節(jié)。 計算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 21頁 令格式舉例 8位微型機(jī)字長只有 8位。由于指令字較短，所以指令結(jié)構(gòu)是一種可變字長形式。指令格式包含單字長指令、雙字長指令、三字長指令等多種。指令格式如下： 單字長指令 : 操作碼 計算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 22頁 操作碼 操作數(shù)地址 操作碼 操作數(shù)地址 1 操作數(shù)地址 2 雙字長指令： 三字長指令： 計算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 23頁 單字長指令只有操作碼 ， 沒有操作數(shù)地址 。 雙字長或三字長指令包含操作碼和地址碼 。 由于內(nèi)存按字節(jié)編址 ， 所以單字長指令每執(zhí)行一條指令后 ，指令地址加 1。 雙字長指令或三字長指令每執(zhí)行一條指令時 ， 必須從內(nèi)存連續(xù)讀出兩個字節(jié)或三個字節(jié)代碼 ， 所以 ， 指令地址要加 2或加 3， 可見多字長的指令格式不利于提高機(jī)器速度 。 計算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 24頁 2. 從 1字節(jié)到 12字節(jié) ，還可以帶前綴 ， 指令格式如下所示 。 這種非固定長度的指令格式是典型的 之所以如此 ， 一是為了與它的前身 80486保持兼容 ， 二是希望能給編譯程序?qū)懽髡咭愿囔`活的編程支持 。 計算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 25頁 例 5指令格式如下所示，其中 分析指令格式的特點。 解：（ 1）單字長二地址指令。 （ 2）操作碼字段可以指定 27=128條指令。 （ 3）源寄存器和目標(biāo)寄存器都是通用寄存器（可分別指定 16個），所以是 個操作數(shù)均在寄存器中。 （ 4）這種指令結(jié)構(gòu)常用于算術(shù)邏輯運算類指令 O P 源寄存器 目標(biāo)寄存器 15 9 7 4 3 0 計算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 26頁 例 5指令格式如下所示， 分析指令格式的特點。 O P 源寄存器 變址 寄存器 15 10 7 4 3 位移量（ 16 位） 0 解：（ 1）雙字長二地址指令，用于訪問存儲器。 （ 2）操作碼字段 位，可以指定 26=64種操作。 （ 3）一個操作數(shù)在源寄存器（共 16個），另一個操作數(shù)在存儲器中（由變址寄存器和位移量決定），所以是 計算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 27頁 尋址方式 （ 1/11） 一、尋址方式的設(shè)計 1、目的 (1)豐富程序設(shè)計手段，提高程序質(zhì)量； (2)減少訪問主存的次數(shù)，壓縮程序占用的存儲空間。保證指令的地址碼字段盡可能縮短，而訪問的存儲空間盡可能地大。 2、 概念 （ 1）形式地址：指令中直接給出的地址； （ 2）有效地址：操作數(shù)所在的真實地址； （ 3）尋址方式：從形式地址生成有效地址的各種方式稱為尋址方式。 計算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 28頁 尋址方式 （ 2/11） 3、尋址方式選用的依據(jù) （ 1）要與數(shù)據(jù)的表示方式相配合，對各種結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)能方便地進(jìn)行存取和處理； （ 2）要與指令系統(tǒng)相匹配，依據(jù)對機(jī)器性能要求的高低來考慮選擇； （ 3）還要考慮硬件實現(xiàn)的可能性與復(fù)雜程度，成本高低，設(shè)備與價格增加的合理性。 4、區(qū)分尋址方式的方法 （ 1） 在指令中劃出一個字段，用二進(jìn)制編碼來標(biāo)志所采用的類型，此編碼稱尋址方式碼； （ 2）使用隱含尋址方式，用操作碼隱含尋址方式。 計算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 29頁 尋址方式 （ 3/11） 二、常用的尋址方式 1、立即尋址方式 （ 1）含義：地址字段給出的是可以立即使用的操作數(shù)實際值，稱立即尋址方式。 （ 2）優(yōu)缺點： A、優(yōu)點：提供操作數(shù)最快 B、缺點：精度較低，可采用變字長格式解決。 例如：在 X， 05算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 30頁 尋址方式 （ 4/11） 2、直接尋址方式 （ 1）含義：地址字段直接指明操作數(shù)在存儲器內(nèi)的位置的尋址方法。即形式地址等于有效地址， （ 2）缺點：直接尋址方式中指令字長限制了一條指令所能夠訪問的最大主存空間，可以使用可變字長指令格式來解決此局限性。利用擴(kuò)大了的操作數(shù)地址碼就能全部訪問主存儲器的所有的存儲單元。 例如：在 X， 3000H 計算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 31頁 尋址方式 （ 5/11） 3、間接尋址方式 （ 1）含義：指令字中地址碼字段給出的不是操作數(shù)地址，而是操作數(shù)地址的地址。 （ 2）優(yōu)缺點： A、優(yōu)點：實現(xiàn)簡便，對編程帶來較大的 靈活性， 靈活性表現(xiàn)在： 間接尋址方式的指令可以訪問大的存儲空間，擴(kuò)大了指令的尋址能力。 當(dāng)操作數(shù)地址改變時，只需修改間接地址指示器的單元內(nèi)容，而不必修改指令，原指令的功能照樣實現(xiàn)。這給程序編制帶來很大方便。 B、缺點： 多次訪問內(nèi)存，增加了指令的執(zhí)行時間； 占用主存儲器單元多。 （ 3）間接尋址可分為一級間接尋址和多級間接尋址。 例如：在 計算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 32頁 尋址方式 （ 6/11） 4、變址尋址方式 （ 1）含義：把指令字中的形式地址 自動相加， 成操作數(shù)的有效地址 ：+X。其中，與形式地址相加的數(shù) 為“變址值”，保存變址值的設(shè)備稱為變址器。 （ 2）硬件開銷： A、變址器 B、有效地址形成邏輯 例如：在 X， I 計算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 33頁 尋址方式 （ 7/11） 5、基址尋址方式 （ 1）含義： +X。其中， ， （ 2）與變址尋址的區(qū)別： 基址 R，用戶程序無權(quán)操作和修改，由系統(tǒng)軟件管理控制程序使用特權(quán)指令來管理的。 （ 3）基址尋址方式主要用以解決程序在存儲器中的定位和擴(kuò)大尋址空間等問題。 計算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 34頁 尋址方式 （ 8/11） 6、相對尋址方式 （ 1）含義：把程序計數(shù)器 令字中的形式地址碼作為位移量，則有效地址A。相對尋址主要用于轉(zhuǎn)移指令。 （ 2）特點： （ A）位移量可正、可負(fù)，通常用補碼表示。若位移量為 向有 2向有 2序可以直接訪問的實際存儲空間是 2稱為一頁。 （ B）位移量是操作數(shù)位置與本指令之間的相對距離。 計算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 35頁 尋址方式 （ 9/11） 7、寄存器尋址方式 （ 1）含義：把指令字中的地址碼用寄存器編號來代替，寄存器的作用由尋址方式碼來指定。 （ 2）優(yōu)點： A、有效壓縮指令字長 B、加快存取速度 C、編程靈活 （ 3）寄存器尋址方式的變化： A、寄存器直接尋址方式 例如在 0， 、寄存器間接尋址方式 例如在 如在 0， 算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 36頁 尋址方式 （ 10/11） 8、復(fù)合尋址方式： （ A）變址間址尋址方式 其含義是先將變址寄存器的內(nèi)容 相加得到 A+X，然后再作間接尋址，得到操作數(shù)的有效地址。故操作數(shù)有效地址： A+X) （ B）間址變址尋址方式 含義是先將形式地址取間接變換（ A） =N，然后把 相加，得到操作數(shù)的有效地址。故操作數(shù)的有效地址為： +X=（ A） +X （ C） 086/8088中基址變址尋址方式 基址寄存器可以采用 P，變址寄存器可以用 I，有效地址是通過將基址寄存器中的值、變址寄存器中的值和位移量三這相加而求得的。 計算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 37頁 尋址方式 （ 11/11） 8、復(fù)合尋址方式： （ D）分頁尋址方式 若計算機(jī)中欲采用直接尋址方式，但由于其訪問的內(nèi)存地址空間受指令中地址碼字段長度的制約，若內(nèi)存空間較大，則可采用分頁尋址方式來解決。將指令中操作數(shù)地址碼可以訪問到的內(nèi)存地址空間稱為一頁，則整個內(nèi)存空間可以按頁的大小分為多個頁面。 例如設(shè)內(nèi)存儲器容量為 64指令中地址碼長度為 9位，則每一頁有 512個單元，可將內(nèi)存空間劃分為64K/512=128頁。為訪問 128頁，需要 7位代碼來表示頁號。若預(yù)先將頁號送入頁號寄存器，把頁號寄存器的內(nèi)容與指令寄存器中形式地址兩者拼接起來，就能獲得一個可以訪問整個內(nèi)存空間的有效地址。 計算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 38頁 指令的分類與高級語言 令系統(tǒng)的分類 令系統(tǒng)與高級語言 計算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 39頁 指令系統(tǒng)的分類 （ 1/9） 1. 數(shù)據(jù)傳送類指令 寄存器至寄存器（ 存儲器至寄存器（ 寄存器至存儲器（ 存儲器至存儲器（ 計算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 40頁 指令系統(tǒng)的分類 （ 2/9） 2. 運算類指令 加法，減法，乘法和除法等指令。 計算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 41頁 指令系統(tǒng)的分類 （ 3/9） 3. 邏輯運算指令 邏輯運算主要是對布爾變量的運算。 基本操作：包括邏輯與，邏輯或與邏輯非 3種基本操作； 組合邏輯操作：例如：異或。 （ 1）邏輯與指令： （ 2）邏輯或指令： （ 3）邏輯非指令： （ 4）邏輯異或指令： 算術(shù)邏輯運算指令除了給出運算結(jié)果外，往往還要給出某些狀態(tài)信息。如運算結(jié)果的正、負(fù)；運算結(jié)果是否為零；是否有溢出；是否有低位向高位的進(jìn)位等，供其它指令或程序分析時使用。 計算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 42頁 指令系統(tǒng)的分類 （ 4/9） 4. 移位指令 算術(shù)移位：左移或右移 （ 右移時符號位不變 ） 邏輯移位：左移或右移 （ 右移時符號位補 0） 循環(huán)移位：左移或右移 。 計算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 43頁 指令系統(tǒng)的分類 （ 5/9） 5. 程序控制類指令 （ 1）轉(zhuǎn)移指令： 包括無條件轉(zhuǎn)移指令和條件轉(zhuǎn)移指令。 （ 2）轉(zhuǎn)子與返回指令： 子程序是一組可以共享的指令序列，可被主程序調(diào)用執(zhí)行。轉(zhuǎn)子指令與轉(zhuǎn)移指令之間最大的差別在于：轉(zhuǎn)移指令無需返回，而轉(zhuǎn)子指令則需要。 子程序調(diào)用指令就是用來調(diào)用子程序的。為了能夠從子程序中正確返回到斷點繼續(xù)執(zhí)行，并能支持多重嵌套和遞歸調(diào)用，現(xiàn)代計算機(jī)通常用堆棧來保存返回地址。 （ 3）程序中斷指令： 中斷一般是計算機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況或特殊請求時隨機(jī)產(chǎn)生的。一般在計算機(jī)中，中斷指令作為隱指令不提供用戶使用。但在某些計算機(jī)中設(shè)置了可供用戶使用的中斷指令，以實現(xiàn)系統(tǒng)功能調(diào)用和程序請求。如 計算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 44頁 指令系統(tǒng)的分類 （ 6/9） 6. 輸入輸出類指令 用來處理機(jī)與外部設(shè)備之間進(jìn)行通信的一類指令。以處理機(jī)為基準(zhǔn)，信息由外部設(shè)備傳向處理機(jī)稱為輸入 (信息由處理機(jī)傳給外部設(shè)備稱為輸出 ( 一元化總線的計算機(jī)如 需設(shè)置專門的 I/以用一般的數(shù)據(jù)傳送類指令實現(xiàn)輸入和輸出； 對于主存和外設(shè)不采用統(tǒng)一編址技術(shù)的計算機(jī)來說，則需要有專門的 I/ 計算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 45頁 指令系統(tǒng)的分類 （ 7/9） 7. 字符串處理指令 非數(shù)值處理能力； 字符串處理指令一般包括字符串傳送、比較、查詢、轉(zhuǎn)換等指令。 計算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 46頁 指令系統(tǒng)的分類 （ 8/9） 8. 處理機(jī)控制類指令 包括停機(jī)指令、等待指令、空操作指令、開中斷指令、關(guān)中斷指令、設(shè)置條件碼指令等。 計算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 47頁 指令系統(tǒng)的分類 （ 9/9） 9. 特權(quán)指令 這類指令只能用于操作系統(tǒng)或其它系統(tǒng)軟件，而不提供給用戶使用，稱特權(quán)指令。 一般來說，在單用戶、單任務(wù)的計算機(jī)中不一定需要特權(quán)指令，而在多用戶、多任務(wù)的計算機(jī)系統(tǒng)中，特權(quán)指令卻是必不可少的。它主要用于系統(tǒng)資源的分配和管理，包括改變系統(tǒng)的工作方式、檢測用戶的訪問權(quán)限、修改虛擬存儲器管理的段表、頁表和完成任務(wù)的創(chuàng)建和切換等。 計算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 48頁 指令系統(tǒng)與高級語言 （ 1/2） 1、傳統(tǒng)的馮 諾依曼計算機(jī)的機(jī)器語言和高級程序設(shè)計語言在語義上的差別的主要原因 （ 1）存儲器組織方式不同 馮 諾依曼計算機(jī)的存儲器是一維的線性結(jié)構(gòu)，而高級程序設(shè)計語言表示的存儲器則是一組變量，訪問時調(diào)用變量即可，不必考慮訪問方法，而且數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)經(jīng)常是多維的，如數(shù)組結(jié)構(gòu)。 （ 2）高級程序設(shè)計語言中，高級語言中的每種操作對于任何數(shù)據(jù)類型都是通用的，數(shù)據(jù)類型直接屬于數(shù)據(jù)本身，而馮 諾依曼計算機(jī)的數(shù)據(jù)本身沒有屬性標(biāo)志，同一種操作要用不同的操作碼來對數(shù)據(jù)類型進(jìn)行區(qū)分。 這些差別間的變換工作，主要由編譯程序來承擔(dān)。 計算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 49頁 指令系統(tǒng)與高級語言 （ 2/2） 2、計算機(jī)指令結(jié)構(gòu)分類 兩大類： （ 1）復(fù)雜指令集計算機(jī)（ 指令系統(tǒng)十分龐大，指令類型、尋址方式較多，機(jī)器語言和高級語言之間的語義差距正在縮小。 （ 2）精簡指令集計算機(jī)（ 選用使用頻率最高的少數(shù)指令，盡量使所有的簡單指令在一個機(jī)器周期內(nèi)執(zhí)行完，采用大量的寄存器、高速緩沖存儲器等技術(shù)，通過優(yōu)化編譯程序，提高處理速度。機(jī)器語言和高級語言的差距較大，這個差距主要靠提高計算機(jī)運行速度和配置優(yōu)化編譯程序來彌補。 計算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 50頁 計算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 51頁 1/6） 6位小型機(jī)， 個通用寄存器（ 其中 它 6個寄存器 產(chǎn) 80是 977年推出的 6位擴(kuò)充到 32位。 6個通用寄存器， P，C。 計算機(jī)組成原理 第五章指令系統(tǒng) 2015年 12月 17日 第 52頁 2/6） 1、 單操作數(shù)指令 ， 如清零 （ 、 加 1（ 、 減 1（ 、 求補（ 、 字節(jié)交換 （ 等指令； 2、雙操作數(shù)指令，如傳送（ 比較（ 加（ 減（ 乘（ 除（ 異或（ 指令； 3、轉(zhuǎn)移指令，如無條件轉(zhuǎn)移（ 非零轉(zhuǎn)移（ 零轉(zhuǎn)移（ 正轉(zhuǎn)移（ 負(fù)轉(zhuǎn)移（ 指令； 4、跳轉(zhuǎn)、子程序及自中斷指令，如跳轉(zhuǎn)（ 轉(zhuǎn)子（ 子程序返回（ 自中斷（ 指令； 5、條件碼操作指令，如清進(jìn)位（ 置進(jìn)位（ 清零