4.1指令的基本格式

1、第4章 指令系統(tǒng)4.1指令的基本格式11 CPU（1）CPU是計(jì)算機(jī)的心臟，用來(lái)實(shí)現(xiàn)程序控制功能（自動(dòng)從內(nèi)存中讀入指令和自動(dòng)執(zhí)行指令）（2）CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)標(biāo) 志寄存器指令寄存器數(shù)據(jù)暫存器控制電路指令譯碼器地址寄存器指 令指 針寄存器R1R2R3R4寄存器組運(yùn)算器PCALUCPU由運(yùn)算器、控制器組成；CPU中還有若干個(gè)寄存器，用來(lái)保存等待處理的數(shù)據(jù)；1 CPU（3）CPU的工作流程例如：計(jì)算4+5的值數(shù)據(jù)結(jié)果寄存器4寄存器5累加器9加控制單元1.要處理的數(shù)據(jù)從RAM中取出，放到寄存器中2.控制器發(fā)出信號(hào)，指明要進(jìn)行的操作3. 運(yùn)算器執(zhí)行操作，將結(jié)果存放到累加器中4. 結(jié)果送回RAM圖1-32 C

2、PU的運(yùn)算過(guò)程2 指令電腦每做的一次動(dòng)作，一個(gè)步驟，都是按照已經(jīng)用計(jì)算機(jī)語(yǔ)言編好的程序來(lái)執(zhí)行的。程序是計(jì)算機(jī)要執(zhí)行的指令的集合。什么是指令？ 2 指令例如，讓計(jì)算機(jī)計(jì)算一個(gè)梯形的面積，操作步驟如下：輸入上底的值a;輸入下底的值b;輸入高的值h;計(jì)算梯形的面積s=(a+b)/2;把s的值顯示在屏幕上。5條指令程序2 指令（1）指令是計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別和執(zhí)行的操作命令。（2）在指令執(zhí)行過(guò)程中，要求每個(gè)部件所完成的基本操作稱為微操作。（3）能夠完成一定處理任務(wù)的指令序列就是計(jì)算機(jī)程序。2 指令 1) 由0和1組成的二進(jìn)制碼。 2) 能為計(jì)算機(jī)識(shí)別并執(zhí)行。 3) 依賴于某一類型的機(jī)器。 不同類型的CPU都

3、有自己特有的、一定數(shù)量的基本指令。3 指令系統(tǒng)（1）一臺(tái)計(jì)算機(jī)或一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能夠執(zhí)行的各種指令的集合，稱為計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)。（2）指令系統(tǒng)特性1) 完備性：指令豐富，功能齊全，使用方便。2) 有效性：程序占空間小，執(zhí)行速度快。3) 規(guī)整性：對(duì)稱性、勻齊性，指令和數(shù)據(jù)格式的一致性。4) 兼容性：系列機(jī)軟件向上兼容3 指令系統(tǒng)復(fù)雜指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱CISC。但是如此龐大的指令系統(tǒng)不但使計(jì)算機(jī)的研制周期變長(zhǎng)，難以保證正確性，不易調(diào)試維護(hù)，而且由于采用了大量使用頻率很低的復(fù)雜指令而造成硬件資源浪費(fèi)。精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)：簡(jiǎn)稱RISC，人們又提出了便于VLSI技術(shù)實(shí)現(xiàn)的精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)。4 指令格式

4、指令格式：用二進(jìn)制代碼表示指令的結(jié)構(gòu)形式。操作碼表示操作的性質(zhì)和功能。地址碼表示指令操作的對(duì)象，地址碼的位數(shù)表示了直接訪問(wèn)的最大存儲(chǔ)空間。操作碼字段地址碼字段5 指令格式分類OPAd1Ad2Ad3 三地址指令 OPAd1Ad2 二地址指令 OPAd 一地址指令 OP零地址指令 (Ad1)OP(Ad2) (Ad3) (Ad1)OP(Ad2) (Ad1) (AC)OP(Ad) AC如停機(jī),空操作,堆棧指令目的地址源地址6 三地址指令OPAd1Ad2Ad3操作數(shù)地址結(jié)果地址例：實(shí)現(xiàn)以下操作：(A1)+(A2)(Ai) 指令 ADD (A1), (A2), (Ai)有三地址指令 data1 data2

5、.+A1A2Ai.存儲(chǔ)器(Ad1)OP(Ad2) (Ad3)(PC) +1PCPC：程序計(jì)數(shù)器，存放當(dāng)前要執(zhí)行的指令地址，每取出一條指令后，PC的值自動(dòng)遞增取出下一條指令的地址。7 二地址指令 ADD (A1), (A2);OPAd1Ad2 (Ad1)OP(Ad2) (Ad1)(PC)+1PC8 一地址指令OPAd功能描述：只有目的操作數(shù)的單操作數(shù)指令，如“+1”、“-1”、“求反” OP（A1） A1；（PC）+ 1 PC隱含約定目的地的雙操作數(shù)指令 （AC）OP（A1） AC； （PC）+ 1 PC 9 零地址指令OP功能描述：不需要操作數(shù)的指令，如停機(jī)、空操作、清除等所需操作數(shù)是隱含指定

6、的對(duì)累加器AC內(nèi)容進(jìn)行操作對(duì)堆棧內(nèi)容進(jìn)行操作操作碼(OP)與地址碼(AC):指令系統(tǒng)中每一條指令對(duì)應(yīng)一個(gè)操作碼;操作碼的位數(shù)取決于指令系統(tǒng)的規(guī)模; 地址碼包括被操作數(shù)，操作數(shù)，操作結(jié)果10 指令長(zhǎng)度指令長(zhǎng)度=操作碼長(zhǎng)度+地址碼長(zhǎng)度指令長(zhǎng)度與功能長(zhǎng)度越長(zhǎng), 表達(dá)的意義越多, 功能越強(qiáng)；長(zhǎng)度越短, 則表達(dá)的意義越少, 功能越弱；指令長(zhǎng)度與復(fù)雜性長(zhǎng)度越長(zhǎng), 表達(dá)的意義越多, 硬件越復(fù)雜；長(zhǎng)度越短, 則表達(dá)的意義越少, 硬件越簡(jiǎn)單；指令長(zhǎng)度與速度從單條指令的角度:長(zhǎng)度越長(zhǎng), 讀出該指令所花的時(shí)間越長(zhǎng)從系統(tǒng)的角度:指令長(zhǎng)度僅是影響速度的因素之一。系統(tǒng)速度與硬件復(fù)雜性、軟件的長(zhǎng)度、編譯程序等若干因素有關(guān)。

7、11 操作碼格式指令的操作碼OP表示該指令應(yīng)進(jìn)行什么性質(zhì)的操作，如進(jìn)行加、減、乘、除、取數(shù)、存數(shù)等等。組成操作碼字段的位數(shù)一般取決于計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)的規(guī)模。固定長(zhǎng)度優(yōu)點(diǎn)：指令規(guī)整，譯碼簡(jiǎn)單缺點(diǎn)：信息的冗余極大，使程序的總長(zhǎng)度增加可變長(zhǎng)度11 操作碼格式（1）定長(zhǎng)操作碼定長(zhǎng)操作碼一般用于指令字較長(zhǎng)的指令。讓操作碼的長(zhǎng)度固定且集中地放在指令字的一個(gè)字段中。若操作碼固定為k位，它所能表示的操作最多是2k個(gè)。11 操作碼格式（2）擴(kuò)展操作碼操作碼的長(zhǎng)度可變，且分散地放在不同的字段中。0000 X Y Z 1110 X Y Z.1111 0000 Y Z 1111 1110 Y Z.1111 1111 0000 Z 1111 1111 1110 Z1111 1111 1111 0000 1111 1111 1111 1111.三地址指令15條二地址指令15條一地址指令15條零地址指令16條擴(kuò)展操作碼標(biāo)志拓展指令舉例：地址 操作碼和操作數(shù) 00000000 00000001 00000010 00000011 00000100 00000101 01110100 11110101 10010000 10000000 11111110