組成原理課件 - 指令系統(tǒng)

1、l 了解機(jī)器語(yǔ)言的基本概念；了解機(jī)器語(yǔ)言的基本概念；l 掌握指令格式、尋址方式、指令字長(zhǎng)及指掌握指令格式、尋址方式、指令字長(zhǎng)及指 令類(lèi)型對(duì)指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)的影響；令類(lèi)型對(duì)指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)的影響；l 會(huì)根據(jù)指令格式、指令字長(zhǎng)及尋址方式要會(huì)根據(jù)指令格式、指令字長(zhǎng)及尋址方式要 求設(shè)計(jì)指令的編碼。求設(shè)計(jì)指令的編碼。 第第4 4章章 指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)41 41 機(jī)器指令機(jī)器指令一、基本概念一、基本概念1 1、機(jī)器指令、機(jī)器指令 由由0 0、1 1代碼表示，計(jì)算機(jī)硬件能夠識(shí)別并直接執(zhí)行代碼表示，計(jì)算機(jī)硬件能夠識(shí)別并直接執(zhí)行 的操作命令。的操作命令。 2 2、指令系統(tǒng)、指令系統(tǒng) 一臺(tái)計(jì)算機(jī)所有機(jī)器指令的集合，它反映

2、了該計(jì)算一臺(tái)計(jì)算機(jī)所有機(jī)器指令的集合，它反映了該計(jì)算機(jī)具有的基本功能。它是軟件和硬件的主要界面。機(jī)具有的基本功能。它是軟件和硬件的主要界面。 3 3、指令的執(zhí)行過(guò)程、指令的執(zhí)行過(guò)程 取指令取指令 分析指令分析指令 執(zhí)行指令執(zhí)行指令軟件軟件硬件硬件指令系統(tǒng)指令系統(tǒng) 地址碼地址碼 二、指令格式二、指令格式 指明指令所完成的操作，其位數(shù)反映了機(jī)器的操指明指令所完成的操作，其位數(shù)反映了機(jī)器的操 作種類(lèi)即機(jī)器指令的條數(shù)。作種類(lèi)即機(jī)器指令的條數(shù)。1、操作碼、操作碼 2、地址碼、地址碼 指明與操作數(shù)有關(guān)的信息，操作數(shù)、操作數(shù)地址指明與操作數(shù)有關(guān)的信息，操作數(shù)、操作數(shù)地址或運(yùn)算結(jié)果地址?；蜻\(yùn)算結(jié)果地址。 操作

3、碼位數(shù)操作碼位數(shù) n 與機(jī)器指令條數(shù)與機(jī)器指令條數(shù) m 的關(guān)系的關(guān)系 2 n m 或或 nlog 2 m 操作碼操作碼 例例:某計(jì)算機(jī)有某計(jì)算機(jī)有78條指令，采用等長(zhǎng)操作碼編碼需條指令，采用等長(zhǎng)操作碼編碼需 要多少位？要多少位？三、地址碼格式三、地址碼格式 指令地址碼格式中要指明一條指令操作數(shù)地址的個(gè)指令地址碼格式中要指明一條指令操作數(shù)地址的個(gè)數(shù)及操作數(shù)地址采用什么方式給出。數(shù)及操作數(shù)地址采用什么方式給出。 1、三地址指令、三地址指令 OPA1A2A3 功能：（功能：（A1）OP（A2）A3 特點(diǎn)特點(diǎn)： （1）兩個(gè)操作數(shù)均保持不變，可再次使用；）兩個(gè)操作數(shù)均保持不變，可再次使用； （2）適用于

4、字長(zhǎng)較長(zhǎng)的大、中型機(jī)。）適用于字長(zhǎng)較長(zhǎng)的大、中型機(jī)。 三、地址碼格式三、地址碼格式 2、二地址指令、二地址指令 OPA1A2 功能：（功能：（A1）OP（A2）A1 特點(diǎn)特點(diǎn)： （1）操作數(shù)）操作數(shù)A1被運(yùn)算結(jié)果替代；被運(yùn)算結(jié)果替代； （2）適用于字長(zhǎng)較短的小型機(jī)和微型機(jī)。）適用于字長(zhǎng)較短的小型機(jī)和微型機(jī)。 三、地址碼格式三、地址碼格式 3、一地址指令、一地址指令 OPA 功能：功能：OP（A）A 特點(diǎn)特點(diǎn)： （1）操作數(shù)）操作數(shù)A被運(yùn)算結(jié)果替代；被運(yùn)算結(jié)果替代； （2）在許多微型機(jī)中，雙操作數(shù)指令也采用一地址指）在許多微型機(jī)中，雙操作數(shù)指令也采用一地址指令格式，在指令中源操作數(shù)由地址碼令格式

5、，在指令中源操作數(shù)由地址碼A給出，另一操作給出，另一操作數(shù)隱含在累加器數(shù)隱含在累加器AX中。（中。（AX）OP（A） AX （3）適用于字長(zhǎng)較短的小型機(jī)和微型機(jī)。）適用于字長(zhǎng)較短的小型機(jī)和微型機(jī)。 三、地址碼格式三、地址碼格式 4、零地址指令、零地址指令 OP 特點(diǎn)特點(diǎn)： （1）無(wú)需任何操作數(shù)；）無(wú)需任何操作數(shù)； （2）所需操作數(shù)是隱含指定的。）所需操作數(shù)是隱含指定的。四、操作碼格式四、操作碼格式 1、定長(zhǎng)的操作碼、定長(zhǎng)的操作碼 操作碼的位數(shù)與位置固定，占據(jù)指令最前面的幾位。操作碼的位數(shù)與位置固定，占據(jù)指令最前面的幾位。IBM370、VAX-11、Intel8086/8088特點(diǎn)：特點(diǎn)：（1）

6、簡(jiǎn)化操作碼譯碼器的設(shè)計(jì)，縮短指令譯碼時(shí)間；）簡(jiǎn)化操作碼譯碼器的設(shè)計(jì)，縮短指令譯碼時(shí)間； （2）指令擴(kuò)展性差）指令擴(kuò)展性差 ； （3）廣泛用于大、中、小型機(jī)及）廣泛用于大、中、小型機(jī)及RISC中。中。例：一臺(tái)模型機(jī)有例：一臺(tái)模型機(jī)有7條指令，采用定長(zhǎng)操作碼，操作碼位條指令，采用定長(zhǎng)操作碼，操作碼位數(shù)為幾位？應(yīng)采用什么樣的譯碼器？數(shù)為幾位？應(yīng)采用什么樣的譯碼器？四、操作碼格式四、操作碼格式 2、擴(kuò)展操作碼、擴(kuò)展操作碼 操作碼的位數(shù)不固定，占據(jù)指令前面若干位。操作碼的位數(shù)不固定，占據(jù)指令前面若干位。如如 PDP-11 機(jī)。機(jī)。 特點(diǎn)：特點(diǎn)： （1）常用指令用較短的操碼，不常用的指令用較長(zhǎng)的操）常用指

7、令用較短的操碼，不常用的指令用較長(zhǎng)的操作碼，可縮短指令操作碼平均長(zhǎng)度；作碼，可縮短指令操作碼平均長(zhǎng)度；（2）指令擴(kuò)展性強(qiáng)，便于增加新指令；）指令擴(kuò)展性強(qiáng)，便于增加新指令； （3）指令譯碼電路復(fù)雜；）指令譯碼電路復(fù)雜；（4）任何短碼不能為長(zhǎng)碼的前綴，確保編碼的唯一性。）任何短碼不能為長(zhǎng)碼的前綴，確保編碼的唯一性。例：某臺(tái)計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)中共有例：某臺(tái)計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)中共有5050條指令，試問(wèn)：條指令，試問(wèn)：（1 1）若采用定長(zhǎng)編碼方式，其操作碼的編碼長(zhǎng)度需要多）若采用定長(zhǎng)編碼方式，其操作碼的編碼長(zhǎng)度需要多少位？少位？（2 2）設(shè)該指令系統(tǒng)中有）設(shè)該指令系統(tǒng)中有1010條指令的使用概率為條指令的使

8、用概率為90%90%，其余，其余為為10%10%，若采用不等長(zhǎng)編碼方式，其操作碼的平均長(zhǎng)度，若采用不等長(zhǎng)編碼方式，其操作碼的平均長(zhǎng)度為多少？為多少？（3 3）若原指令系統(tǒng)采有固定長(zhǎng)度編碼，后繼產(chǎn)品中需增）若原指令系統(tǒng)采有固定長(zhǎng)度編碼，后繼產(chǎn)品中需增加加5050條指令，試設(shè)計(jì)其指令操作碼，并計(jì)算其平均長(zhǎng)度。條指令，試設(shè)計(jì)其指令操作碼，并計(jì)算其平均長(zhǎng)度。 五、指令字長(zhǎng)五、指令字長(zhǎng) 1、定字長(zhǎng)指令、定字長(zhǎng)指令2、變字長(zhǎng)指令、變字長(zhǎng)指令 指令字長(zhǎng)一定，地址碼較多用較短操作碼，地址碼較指令字長(zhǎng)一定，地址碼較多用較短操作碼，地址碼較少用較長(zhǎng)操作碼。如少用較長(zhǎng)操作碼。如PDP-11機(jī)機(jī) 指令字長(zhǎng)不同，一般使

9、用頻率高的指令用較短操作指令字長(zhǎng)不同，一般使用頻率高的指令用較短操作碼；使用頻率低的指令用較長(zhǎng)的較長(zhǎng)的操作碼。碼；使用頻率低的指令用較長(zhǎng)的較長(zhǎng)的操作碼。 Pentium機(jī)采用可變長(zhǎng)指令格式，最短的機(jī)采用可變長(zhǎng)指令格式，最短的1個(gè)字節(jié)，個(gè)字節(jié)，最長(zhǎng)的有最長(zhǎng)的有12個(gè)字節(jié)。屬于個(gè)字節(jié)。屬于CISC結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。8086的指令字長(zhǎng)的指令字長(zhǎng)為為16個(gè)字節(jié)，個(gè)字節(jié)，80486的指令字長(zhǎng)為的指令字長(zhǎng)為111位。位。 五、指令字長(zhǎng)五、指令字長(zhǎng)3、特點(diǎn)：、特點(diǎn)： （1）指令字長(zhǎng)為字節(jié)的整數(shù)倍；）指令字長(zhǎng)為字節(jié)的整數(shù)倍； （2）指令字長(zhǎng)越長(zhǎng)，指令功能豐富，占用存儲(chǔ)空間多）指令字長(zhǎng)越長(zhǎng)，指令功能豐富，占用存儲(chǔ)空間

10、多讀取指令時(shí)間長(zhǎng)；讀取指令時(shí)間長(zhǎng)；l練習(xí)：某計(jì)算機(jī)的指令長(zhǎng)度為練習(xí)：某計(jì)算機(jī)的指令長(zhǎng)度為1616位，需設(shè)置二地址、位，需設(shè)置二地址、一地址和零地址指令三種，每個(gè)操作數(shù)的地址碼占一地址和零地址指令三種，每個(gè)操作數(shù)的地址碼占6 6位，用操作碼擴(kuò)展的方法設(shè)計(jì)出這三種指令的格式，位，用操作碼擴(kuò)展的方法設(shè)計(jì)出這三種指令的格式，并指出所設(shè)計(jì)的各種指令的數(shù)目。并指出所設(shè)計(jì)的各種指令的數(shù)目。 42 42 尋址方式尋址方式 l 了解機(jī)器語(yǔ)言的基本概念了解機(jī)器語(yǔ)言的基本概念; ;l 掌握指令格式、指令字長(zhǎng)、尋址方式及指掌握指令格式、指令字長(zhǎng)、尋址方式及指 令類(lèi)型對(duì)指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)的影響；令類(lèi)型對(duì)指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)的影響；l

11、 會(huì)根據(jù)指令格式、指令字長(zhǎng)及尋址方式要會(huì)根據(jù)指令格式、指令字長(zhǎng)及尋址方式要 求設(shè)計(jì)指令的編碼。求設(shè)計(jì)指令的編碼。 六、尋址方式六、尋址方式在程序的運(yùn)行過(guò)程中，形成指令地址或操作地址的方式。在程序的運(yùn)行過(guò)程中，形成指令地址或操作地址的方式。（一）指令的尋址方式（一）指令的尋址方式 1、順序?qū)ぶ贩绞剑撼绦虬雌鋱?zhí)行的先后次序存放在內(nèi)存、順序?qū)ぶ贩绞剑撼绦虬雌鋱?zhí)行的先后次序存放在內(nèi)存 中，由中，由PC提供要執(zhí)行的指令地址。提供要執(zhí)行的指令地址。 2、跳躍尋址方式：由程序控制類(lèi)指令的執(zhí)行而改變?cè)瓉?lái)、跳躍尋址方式：由程序控制類(lèi)指令的執(zhí)行而改變?cè)瓉?lái) 程序的執(zhí)行順序。程序的執(zhí)行順序。（二）操作數(shù)的尋址方式（二

12、）操作數(shù)的尋址方式指令中提供操作數(shù)地址（或操作數(shù)）的方法。指令中提供操作數(shù)地址（或操作數(shù)）的方法。OP尋址特征尋址特征MOD形式地址形式地址 D1、立即尋址：操作數(shù)在指令中。、立即尋址：操作數(shù)在指令中。Data = D2、直接尋址：操作數(shù)地址在指令中。、直接尋址：操作數(shù)地址在指令中。EA = DOP MODD（操作數(shù)）（操作數(shù)）OP MOD D操作數(shù)操作數(shù)D特點(diǎn)：速度快，尋址范圍受特點(diǎn)：速度快，尋址范圍受D位數(shù)的限制，尋址空間為位數(shù)的限制，尋址空間為2D特點(diǎn)：速度快，適用于操作數(shù)固定的場(chǎng)合。特點(diǎn)：速度快，適用于操作數(shù)固定的場(chǎng)合。3、存儲(chǔ)器間接尋址、存儲(chǔ)器間接尋址 操作地址在內(nèi)存中，在數(shù)在指令中

13、給出的是操作操作地址在內(nèi)存中，在數(shù)在指令中給出的是操作數(shù)地址的地址。數(shù)地址的地址。EA=（D）OP MOD D操作數(shù)地址操作數(shù)地址EAD操作數(shù)操作數(shù)EA特點(diǎn)：速度慢，可擴(kuò)大操作數(shù)的尋址范圍。特點(diǎn)：速度慢，可擴(kuò)大操作數(shù)的尋址范圍。例：設(shè)指令字長(zhǎng)和存儲(chǔ)字長(zhǎng)均為例：設(shè)指令字長(zhǎng)和存儲(chǔ)字長(zhǎng)均為16位，位，D=8，問(wèn)直接和間，問(wèn)直接和間接尋址時(shí)的尋址范圍各為多大？接尋址時(shí)的尋址范圍各為多大？4、寄存器尋址、寄存器尋址 操作數(shù)在寄存器中，在指令中給出寄存器號(hào)。操作數(shù)在寄存器中，在指令中給出寄存器號(hào)。EA=R OP MOD 操作數(shù)操作數(shù)5、寄存器間接尋址、寄存器間接尋址 操作數(shù)地址在寄存器中，在指令中給出寄存

14、器號(hào)。操作數(shù)地址在寄存器中，在指令中給出寄存器號(hào)。OP MOD EA操作數(shù)操作數(shù)EA寄存器組寄存器組寄存器組寄存器組內(nèi)存內(nèi)存6、隱含尋址、隱含尋址 在指令中不指出操作數(shù)的地址，操作數(shù)的地址隱含在在指令中不指出操作數(shù)的地址，操作數(shù)的地址隱含在操作碼中，此時(shí)操作數(shù)一般隱含于堆?；蚶奂悠髦?。操作碼中，此時(shí)操作數(shù)一般隱含于堆?；蚶奂悠髦小Ｌ攸c(diǎn)：可縮短指令字長(zhǎng)。特點(diǎn)：可縮短指令字長(zhǎng)。7、基址尋址、基址尋址 操作數(shù)的有效地址操作數(shù)的有效地址EAEA等于指令中的形式地址等于指令中的形式地址D D與基址與基址寄存器寄存器BRBR中內(nèi)容相加。中內(nèi)容相加。OP MODDBRALU操作數(shù)操作數(shù)EA內(nèi)存內(nèi)存特點(diǎn)：可擴(kuò)

15、大指令對(duì)主存的尋址范圍，可實(shí)現(xiàn)全空間尋址。主要特點(diǎn)：可擴(kuò)大指令對(duì)主存的尋址范圍，可實(shí)現(xiàn)全空間尋址。主要 用于為程序和數(shù)據(jù)分配存儲(chǔ)空間，基址寄存器中的內(nèi)容通用于為程序和數(shù)據(jù)分配存儲(chǔ)空間，基址寄存器中的內(nèi)容通 常由操作系統(tǒng)或管理程序確定。常由操作系統(tǒng)或管理程序確定。7、變址尋址、變址尋址 操作數(shù)的有效地址操作數(shù)的有效地址EAEA等于指令字中的形式地址等于指令字中的形式地址D D與變與變址寄存器址寄存器IXIX中內(nèi)容相加。中內(nèi)容相加。OP MODDIXALU操作數(shù)操作數(shù)EA內(nèi)存內(nèi)存特點(diǎn)：主要用于處理數(shù)組問(wèn)題。特點(diǎn)：主要用于處理數(shù)組問(wèn)題。8、相對(duì)尋址、相對(duì)尋址 操作數(shù)的有效地址操作數(shù)的有效地址EAEA

16、等于指令字中的形式地址等于指令字中的形式地址D D與程與程序計(jì)數(shù)器序計(jì)數(shù)器PCPC中內(nèi)容相加。中內(nèi)容相加。EA=EA=（PCPC）+D+DOP MODDPCALU操作數(shù)操作數(shù)EA內(nèi)存內(nèi)存特點(diǎn)：主要用于轉(zhuǎn)移類(lèi)指令。特點(diǎn)：主要用于轉(zhuǎn)移類(lèi)指令。指令系統(tǒng)中采用不同尋址方式的目的指令系統(tǒng)中采用不同尋址方式的目的主要是縮短指令長(zhǎng)度，擴(kuò)大尋址空間，提高編程的靈活性。主要是縮短指令長(zhǎng)度，擴(kuò)大尋址空間，提高編程的靈活性。例：一種二地址例：一種二地址R-S型（寄存器型（寄存器/存儲(chǔ)器）指令的結(jié)構(gòu)如下存儲(chǔ)器）指令的結(jié)構(gòu)如下所示：所示：OP9通用寄存器通用寄存器4I1X2偏移量偏移量D16其中其中I為間接尋址標(biāo)志位，

17、為間接尋址標(biāo)志位，X為尋址模式字段，為尋址模式字段，D為偏移量為偏移量字段。通過(guò)字段。通過(guò)I、X、D的組合，可構(gòu)成下表所示的尋址方的組合，可構(gòu)成下表所示的尋址方式，請(qǐng)寫(xiě)出表中式，請(qǐng)寫(xiě)出表中6種尋址方式的名稱(chēng)。種尋址方式的名稱(chēng)。有效地址有效地址E算法算法E=DE=（PC） DE=（R2） DE=（R3）E=（D）E=（R1） D尋址方式名稱(chēng)尋址方式名稱(chēng)說(shuō)明說(shuō)明PC程序計(jì)數(shù)器程序計(jì)數(shù)器R2為變址寄存器為變址寄存器R1為基址寄存器為基址寄存器I000110X000110110011+-+-+-（三）（三）Pentium機(jī)的尋址方式機(jī)的尋址方式尋址方式名稱(chēng)尋址方式名稱(chēng)有效地址有效地址E算法算法說(shuō)明說(shuō)明

18、立即立即寄存器寄存器直接直接基址基址基址基址+偏移量偏移量比例變址比例變址+偏移量偏移量基址基址+變址變址+偏移量偏移量基址基址+比例變址比例變址+偏移量偏移量相對(duì)相對(duì)EEEEEEE操作數(shù)操作數(shù) 在指令中在指令中操作數(shù)操作數(shù)在寄存器中在寄存器中=DD為偏移量為偏移量= （B）=（B）+DB為基址寄存器為基址寄存器=（I）S+DI為變址寄存器，為變址寄存器，S為比例因子為比例因子=（B）+（I）+D=（B）+ （I）S+D=（PC）+DPC為程序計(jì)數(shù)器為程序計(jì)數(shù)器1 1、定長(zhǎng)操作碼編碼方式中操作碼位數(shù)、定長(zhǎng)操作碼編碼方式中操作碼位數(shù)n n與與 指令條數(shù)指令條數(shù)m m有何關(guān)系？有何關(guān)系？2 2、采

19、用擴(kuò)展操作碼編碼方式時(shí)有哪些注意、采用擴(kuò)展操作碼編碼方式時(shí)有哪些注意 事項(xiàng)？事項(xiàng)？知識(shí)回顧知識(shí)回顧例：某計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)例：某計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)16位，運(yùn)算器位，運(yùn)算器16位，有位，有16個(gè)通用寄存?zhèn)€通用寄存 器，器，8種尋址方式，主存容量為種尋址方式，主存容量為64K字，指令中地址字，指令中地址 碼由尋址方式字段和寄存器字段組成。碼由尋址方式字段和寄存器字段組成。（1）單、雙操作數(shù)指令最各有多少條？）單、雙操作數(shù)指令最各有多少條？（2）直接尋址范圍有多大？（雙字長(zhǎng)）直接尋址范圍有多大？（雙字長(zhǎng)）（3）間接尋址范圍有多大？）間接尋址范圍有多大？ （單字長(zhǎng)）（單字長(zhǎng)）（4）變址尋址（雙字長(zhǎng)）的范圍有多大？）變

20、址尋址（雙字長(zhǎng)）的范圍有多大？練習(xí)：某機(jī)存儲(chǔ)字長(zhǎng)為練習(xí)：某機(jī)存儲(chǔ)字長(zhǎng)為32位，共有機(jī)器指令位，共有機(jī)器指令100條，指令條，指令 單字長(zhǎng)，等長(zhǎng)操作碼，單字長(zhǎng)，等長(zhǎng)操作碼，CPU內(nèi)部有通用寄存器內(nèi)部有通用寄存器32 個(gè)，可做變址寄存器用。存儲(chǔ)器按字節(jié)編址，指?jìng)€(gè)，可做變址寄存器用。存儲(chǔ)器按字節(jié)編址，指 令擬用直接尋址、間接尋址、變址尋址和相對(duì)尋令擬用直接尋址、間接尋址、變址尋址和相對(duì)尋 址址4種方式。種方式。（1）分別畫(huà)出采用）分別畫(huà)出采用4種不同尋址方式的單地址指令的指令種不同尋址方式的單地址指令的指令 格式。格式。（2）采用直接尋址和間接尋址方式時(shí)，可尋址的存儲(chǔ)器）采用直接尋址和間接尋址方式時(shí)

21、，可尋址的存儲(chǔ)器 空間各是多少？空間各是多少？（3）寫(xiě)出）寫(xiě)出4種方式下，有效地址種方式下，有效地址E的表達(dá)式。的表達(dá)式。七、指令類(lèi)型七、指令類(lèi)型1、數(shù)據(jù)傳送類(lèi)指令、數(shù)據(jù)傳送類(lèi)指令2、算術(shù)、算術(shù)/邏輯運(yùn)算指令邏輯運(yùn)算指令3、程序控制類(lèi)指令、程序控制類(lèi)指令4、輸入、輸入/輸出指令輸出指令5、其他指令、其他指令八、八、RISCRISC指令系統(tǒng)和指令系統(tǒng)和CISCCISC指令系統(tǒng)的特點(diǎn)指令系統(tǒng)的特點(diǎn)1 1、RSICRSIC精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)（1 1）指令數(shù)目較少，選使用頻度高的簡(jiǎn)單指令。）指令數(shù)目較少，選使用頻度高的簡(jiǎn)單指令。（2 2）指令長(zhǎng)度固定、指令格式、尋址方式種

22、類(lèi)少。）指令長(zhǎng)度固定、指令格式、尋址方式種類(lèi)少。（3 3）只有存）只有存/ /取數(shù)指令訪(fǎng)存，其余指令均在寄存器之間進(jìn)取數(shù)指令訪(fǎng)存，其余指令均在寄存器之間進(jìn) 行。行。（4 4）大部分指令在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)完成，采用流水線(xiàn)技）大部分指令在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)完成，采用流水線(xiàn)技 術(shù)。每條指令的平均執(zhí)行時(shí)間小于一個(gè)是時(shí)鐘財(cái)期。術(shù)。每條指令的平均執(zhí)行時(shí)間小于一個(gè)是時(shí)鐘財(cái)期。（5 5）CPUCPU中通用寄存器數(shù)量相當(dāng)多。中通用寄存器數(shù)量相當(dāng)多。（6 6）控制器采用組合邏輯控制，不用微程序控制。）控制器采用組合邏輯控制，不用微程序控制。（7 7）采用優(yōu)化的編譯程序。）采用優(yōu)化的編譯程序。（8 8）指令功能簡(jiǎn)單使得程

23、序代碼較長(zhǎng)，占用較多的存儲(chǔ)）指令功能簡(jiǎn)單使得程序代碼較長(zhǎng)，占用較多的存儲(chǔ) 空間?？臻g。如：如：SPARC機(jī)只有機(jī)只有75條指令，條指令，3種指令格式，種指令格式，4種尋址方種尋址方式式120136個(gè)寄存器。個(gè)寄存器。MIPS R4000 94/1/322、CISC復(fù)雜指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)復(fù)雜指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)（1）指令系統(tǒng)復(fù)雜龐大。（）指令系統(tǒng)復(fù)雜龐大。（200300條）條）（2）尋址方式、指令格式多。）尋址方式、指令格式多。（3）指令字長(zhǎng)不固定。）指令字長(zhǎng)不固定。（4）可訪(fǎng)存指令多。）可訪(fǎng)存指令多。（5）指令使用頻率、執(zhí)行時(shí)間相差大。）指令使用頻率、執(zhí)行時(shí)間相差大。（6）采用微程序控制器。

24、）采用微程序控制器。 Intel80486計(jì)算機(jī)有計(jì)算機(jī)有235條指令，條指令，11種尋址方式；種尋址方式；Pentuim有有191條指令，條指令，9種尋址方式。種尋址方式。練習(xí)：練習(xí)： 某機(jī)字長(zhǎng)某機(jī)字長(zhǎng)16位，直接尋址空間為位，直接尋址空間為128字，變址時(shí)的字，變址時(shí)的位移時(shí)為位移時(shí)為-64+64，16個(gè)通用寄存器都可以作為變址寄存?zhèn)€通用寄存器都可以作為變址寄存器。設(shè)計(jì)一套指令系統(tǒng)，滿(mǎn)足下列尋址類(lèi)型的要求：器。設(shè)計(jì)一套指令系統(tǒng)，滿(mǎn)足下列尋址類(lèi)型的要求：（1）直接尋址的二地址指令）直接尋址的二地址指令3條。條。（2）變址尋址的一地址指令）變址尋址的一地址指令6條。條。（3）寄存器尋址的二地址

25、指令）寄存器尋址的二地址指令8條。條。（4）直接尋址的一地址指令）直接尋址的一地址指令12條。條。（5）零地址指令）零地址指令32條。條。20092009年考研：年考研： 1 1、某機(jī)器字長(zhǎng)、某機(jī)器字長(zhǎng)1616位，主存按字節(jié)編址，轉(zhuǎn)移指令采用相位，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，第一個(gè)字節(jié)為操作碼字段，第對(duì)尋址，由兩個(gè)字節(jié)組成，第一個(gè)字節(jié)為操作碼字段，第二個(gè)字節(jié)為相對(duì)位移量字段。假定取指令時(shí)，每取一個(gè)字二個(gè)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)節(jié)PCPC自動(dòng)加自動(dòng)加1 1 。若某轉(zhuǎn)移指令所在主存地址為。若某轉(zhuǎn)移指令所在主存地址為2000H2000H，相，相對(duì)位移

26、量字段的內(nèi)容為對(duì)位移量字段的內(nèi)容為06H06H，則該轉(zhuǎn)移指令成功轉(zhuǎn)移后的，則該轉(zhuǎn)移指令成功轉(zhuǎn)移后的目標(biāo)地址是（目標(biāo)地址是（ ）。）。A. 2006H B.2007H C. 2008H D. 2009HA. 2006H B.2007H C. 2008H D. 2009H2 2、下列關(guān)于、下列關(guān)于RISCRISC的敘述中，錯(cuò)誤的是（的敘述中，錯(cuò)誤的是（ ）。）。A.RISCA.RISC普遍采用微程序控制器普遍采用微程序控制器B.RISCB.RISC大多數(shù)指令在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成大多數(shù)指令在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成C.RISCC.RISC的內(nèi)部通用寄存器數(shù)量相對(duì)的內(nèi)部通用寄存器數(shù)量相對(duì)CISCCISC多多

27、D.RISCD.RISC的指令數(shù)、尋址方式和指令格式種類(lèi)相對(duì)的指令數(shù)、尋址方式和指令格式種類(lèi)相對(duì)CISCCISC少少(2010考研）某計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)為考研）某計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)為16位，主存地址空間大小為位，主存地址空間大小為128KB，按字編址。按字編址。采用單字長(zhǎng)指令格式，指令各字段定義如下：采用單字長(zhǎng)指令格式，指令各字段定義如下：轉(zhuǎn)移指令采用相尋址方式，相對(duì)偏移量用補(bǔ)碼表示。尋址方式定義轉(zhuǎn)移指令采用相尋址方式，相對(duì)偏移量用補(bǔ)碼表示。尋址方式定義如下：如下：(1)該指令系統(tǒng)最多可有多少條指令？該計(jì)算機(jī)最多有多少個(gè)通用寄該指令系統(tǒng)最多可有多少條指令？該計(jì)算機(jī)最多有多少個(gè)通用寄存器？存器？MAR和和MDR

28、各多少們位？各多少們位？(2)轉(zhuǎn)移指令的目標(biāo)地址范圍是多少？轉(zhuǎn)移指令的目標(biāo)地址范圍是多少？(3)若操作碼若操作碼0010B表示加法操作表示加法操作(add)，寄存器，寄存器R4和和R5的編號(hào)分別的編號(hào)分別為為100B和和101B，R4的內(nèi)容為的內(nèi)容為1234H，R5的內(nèi)容為的內(nèi)容為5678H，地址，地址1234H中的內(nèi)容為中的內(nèi)容為5678H，地址，地址5678H中的內(nèi)容為中的內(nèi)容為1234H，則執(zhí)行，則執(zhí)行 “add (R4),(R5)+” (逗號(hào)前為源操作數(shù)）逗號(hào)前為源操作數(shù)） 對(duì)應(yīng)的機(jī)器碼是什么？哪對(duì)應(yīng)的機(jī)器碼是什么？哪些寄存器和存儲(chǔ)單元的內(nèi)容會(huì)改變？改變后的內(nèi)容是什么？些寄存器和存儲(chǔ)單

29、元的內(nèi)容會(huì)改變？改變后的內(nèi)容是什么？OP15 12Ms Rs11 6Md Rd5 0Ms/Md000B001B010B011B尋址方式尋址方式寄存器直接寄存器直接寄存器間接寄存器間接寄存器間接、自增寄存器間接、自增011B助記符助記符Rn(Rn)(Rn)+D(Rn)含義含義操作數(shù)操作數(shù)(Rn)操作數(shù)操作數(shù)(Rn)操作數(shù)操作數(shù)(Rn),(Rn)+1Rn轉(zhuǎn)移目標(biāo)地址（轉(zhuǎn)移目標(biāo)地址（PC）（）（Rn)20102010年考研年考研1 1、下列選項(xiàng)中，能縮短程序執(zhí)行時(shí)間的措施是、下列選項(xiàng)中，能縮短程序執(zhí)行時(shí)間的措施是( )( ). . 提高提高CPUCPU時(shí)鐘頻率時(shí)鐘頻率 . . 優(yōu)化數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu)優(yōu)化數(shù)

30、據(jù)通路結(jié)構(gòu) . . 對(duì)程序進(jìn)行編譯優(yōu)化對(duì)程序進(jìn)行編譯優(yōu)化A . A . 僅僅和和 B. B. 僅僅和和 C. C. 僅僅 和和 D. D. 、 和和 2 2、假定有、假定有4 4個(gè)整數(shù)用個(gè)整數(shù)用8 8位補(bǔ)碼分別表示為位補(bǔ)碼分別表示為r1=FEHr1=FEH，r2=F2Hr2=F2H，r3r390H90H，r4r4F8HF8H。若運(yùn)算結(jié)果存放在一個(gè)。若運(yùn)算結(jié)果存放在一個(gè)8 8位寄存器中，則下列運(yùn)算中會(huì)發(fā)生溢出的是（位寄存器中，則下列運(yùn)算中會(huì)發(fā)生溢出的是（ ）。）。A . r1A . r1r2 B. r2 B. r2r3C. r1C. r1r4 D. r2 D. r2r420102010年考研年考

31、研3 3、假定變量、假定變量I I、f f和和d d的數(shù)據(jù)類(lèi)型分別為的數(shù)據(jù)類(lèi)型分別為 intint、 floatfloat和和 doubledouble（int int 用補(bǔ)碼表示，用補(bǔ)碼表示，floatfloat和和 doubledouble分別用分別用IEEE754IEEE754單精度和雙精度浮點(diǎn)數(shù)格式表示），已知單精度和雙精度浮點(diǎn)數(shù)格式表示），已知i=785i=785，f=1.5678e3f=1.5678e3，d=1.5e100d=1.5e100。若在。若在3232位機(jī)器中執(zhí)行下列關(guān)系位機(jī)器中執(zhí)行下列關(guān)系表達(dá)式，則結(jié)果為表達(dá)式，則結(jié)果為“真真”的是（的是（ ）。）。. i=( int )

32、( float ) i . f=(float)(int)f. i=( int )( float ) i . f=(float)(int)f . f=(float)(double)f . (d+f)-d=f . f=(float)(double)f . (d+f)-d=fA . A . 僅僅和和 B. B. 僅僅和和 C. C. 僅僅 和和 D. D. 僅僅 和和4 4、下列寄存器中，匯編語(yǔ)言程序員可見(jiàn)的是（、下列寄存器中，匯編語(yǔ)言程序員可見(jiàn)的是（ ）。）。A . A . 存儲(chǔ)器地址寄存器（存儲(chǔ)器地址寄存器（MARMAR） B.B.存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)寄存器（存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)寄存器（MDRMDR） C. C.

33、程序計(jì)數(shù)器程序計(jì)數(shù)器(PC) D. (PC) D. 指令寄存器（指令寄存器（IRIR）20102010年考研年考研5 5、不列選項(xiàng)中，不會(huì)引起指令流水線(xiàn)阻塞的是（、不列選項(xiàng)中，不會(huì)引起指令流水線(xiàn)阻塞的是（ ）。）。A . A . 數(shù)據(jù)旁路（轉(zhuǎn)發(fā)）數(shù)據(jù)旁路（轉(zhuǎn)發(fā)） B. B. 數(shù)據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)相關(guān) C. C. 條件轉(zhuǎn)移條件轉(zhuǎn)移 D. D. 資源沖突資源沖突6 6、下列選項(xiàng)中英文縮寫(xiě)均為總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的是（、下列選項(xiàng)中英文縮寫(xiě)均為總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的是（ ）。）。A . PCIA . PCI、CRTCRT、USBUSB、EISA B.ISAEISA B.ISA、CPICPI、VESAVESA、EISA EISA C.

34、 ISAC. ISA、SCSISCSI、RAMRAM、MIPS D. ISAMIPS D. ISA、EISAEISA、PCIPCI、PCI-ExpressPCI-Express7 7、單級(jí)中斷系統(tǒng)中，中斷服務(wù)程序內(nèi)的執(zhí)行順序是（、單級(jí)中斷系統(tǒng)中，中斷服務(wù)程序內(nèi)的執(zhí)行順序是（ ）。）。. . 保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)現(xiàn)場(chǎng) . . 開(kāi)中斷開(kāi)中斷 . .關(guān)中斷關(guān)中斷 . . 保存斷點(diǎn)保存斷點(diǎn) . . 中斷事件處理中斷事件處理 . .恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng) . .中斷返回中斷返回A . A . B. B. C. C. D. D. 20102010年考研年考研8 8、假定一臺(tái)計(jì)算機(jī)的顯示存儲(chǔ)器用、假定一臺(tái)計(jì)算機(jī)的顯示存儲(chǔ)

35、器用DRAMDRAM芯片實(shí)現(xiàn)，若要示顯示芯片實(shí)現(xiàn)，若要示顯示分辨率為分辨率為1600160012001200，顏色深度為，顏色深度為2424位，幀頻為位，幀頻為85HZ85HZ，顯存總帶，顯存總帶寬的寬的50%50%用來(lái)刷新屏幕，則需要的顯存總帶寬至少約為（用來(lái)刷新屏幕，則需要的顯存總帶寬至少約為（ ）。）。A . 245Mbps B. 979Mbps A . 245Mbps B. 979Mbps C. 1958Mbps D. 7834MbpsC. 1958Mbps D. 7834Mbps9 9、下列選項(xiàng)中，操作系統(tǒng)提供應(yīng)用程序的接口是（、下列選項(xiàng)中，操作系統(tǒng)提供應(yīng)用程序的接口是（ ）。）。A

36、 . A . 系統(tǒng)調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用 B. B. 中斷中斷 C. C. 庫(kù)函數(shù)庫(kù)函數(shù) D. D. 原語(yǔ)原語(yǔ)7 7、單級(jí)中斷系統(tǒng)中，中斷服務(wù)程序內(nèi)的執(zhí)行順序是（、單級(jí)中斷系統(tǒng)中，中斷服務(wù)程序內(nèi)的執(zhí)行順序是（ ）。）。. . 保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)現(xiàn)場(chǎng) . . 開(kāi)中斷開(kāi)中斷 . .關(guān)中斷關(guān)中斷 . . 保存斷點(diǎn)保存斷點(diǎn) . . 中斷事件處理中斷事件處理 . .恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng) . .中斷返回中斷返回A . B. A . B. C. D. C. D. 一、填空一、填空1、指令的編碼將指令分成（、指令的編碼將指令分成（ ）、（）、（ ）等字段。）等字段。2、通常指令編碼的第一個(gè)字段是（、通常指令編碼的第一個(gè)字段是（

37、）。）。3、操作數(shù)直接出現(xiàn)在地址碼位置的尋址方式稱(chēng)為（、操作數(shù)直接出現(xiàn)在地址碼位置的尋址方式稱(chēng)為（ ）尋址。）尋址。4、寄存器尋址方式中，指令的地址碼位置部分給出的是（、寄存器尋址方式中，指令的地址碼位置部分給出的是（ ），）， 而操作數(shù)在（而操作數(shù)在（ ）。）。、直接尋址方式指令中，直接給出（、直接尋址方式指令中，直接給出（ ），只需（），只需（ ）一次就）一次就 可獲得操作數(shù)。可獲得操作數(shù)。、寄存器間接尋址方式指令中給出的是（、寄存器間接尋址方式指令中給出的是（ ）所在的寄存器號(hào)。）所在的寄存器號(hào)。、存儲(chǔ)器間接尋址方式指令中給出的是（、存儲(chǔ)器間接尋址方式指令中給出的是（ ）所在的存儲(chǔ)器的）

38、所在的存儲(chǔ)器的 地址，需要訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)存（地址，需要訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)存（ ）次才能獲得操作數(shù)。）次才能獲得操作數(shù)。8、變址尋址方式中操作數(shù)的地址由（、變址尋址方式中操作數(shù)的地址由（ ）與（）與（ ）的和產(chǎn)生。）的和產(chǎn)生。9、相對(duì)尋址方式中操作數(shù)的地址由（、相對(duì)尋址方式中操作數(shù)的地址由（ ）與（）與（ ）之和產(chǎn)生。）之和產(chǎn)生。10、只有操作碼而沒(méi)有地址碼的指令稱(chēng)為（、只有操作碼而沒(méi)有地址碼的指令稱(chēng)為（ ）指令。）指令。二、判斷題二、判斷題1、執(zhí)行指令時(shí)，指令在內(nèi)存中地址存放在指令寄存器中。、執(zhí)行指令時(shí)，指令在內(nèi)存中地址存放在指令寄存器中。2、沒(méi)有設(shè)置乘、除法指令的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，就不能實(shí)現(xiàn)乘、除法、沒(méi)有設(shè)置乘、除

39、法指令的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，就不能實(shí)現(xiàn)乘、除法 運(yùn)算。運(yùn)算。3、程序計(jì)數(shù)器、程序計(jì)數(shù)器PC用來(lái)指令從內(nèi)存中取指令。用來(lái)指令從內(nèi)存中取指令。4、內(nèi)存地址寄存器用來(lái)指示從內(nèi)存中取數(shù)據(jù)。、內(nèi)存地址寄存器用來(lái)指示從內(nèi)存中取數(shù)據(jù)。5、計(jì)算機(jī)指令是指揮、計(jì)算機(jī)指令是指揮CPU進(jìn)行操作的命令，指令通常由操作碼和進(jìn)行操作的命令，指令通常由操作碼和 操作數(shù)地址碼組成。操作數(shù)地址碼組成。6、浮點(diǎn)運(yùn)算指令對(duì)用于科學(xué)計(jì)算的計(jì)算機(jī)是很必要的，可以提高、浮點(diǎn)運(yùn)算指令對(duì)用于科學(xué)計(jì)算的計(jì)算機(jī)是很必要的，可以提高 機(jī)器的運(yùn)算速度。機(jī)器的運(yùn)算速度。7、不設(shè)置浮點(diǎn)運(yùn)算指令的計(jì)算機(jī)，就不能用于科學(xué)計(jì)算。、不設(shè)置浮點(diǎn)運(yùn)算指令的計(jì)算機(jī)，就不能用于科學(xué)計(jì)算。8、擴(kuò)展操作碼是種優(yōu)化技術(shù)，它使操作碼的長(zhǎng)度隨地址碼的減少、擴(kuò)展操作碼是種優(yōu)化技術(shù)，它使操作碼的長(zhǎng)度隨地址碼的減少 而增加，不同地址的指令可以具有不同長(zhǎng)度的操作碼。而增加，不同地址的指令可以具有不同長(zhǎng)度的操作碼。9、RISC沒(méi)有乘、除指令和浮點(diǎn)運(yùn)算指令。沒(méi)有乘、除指