计算机组成原理第五章课件

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计算机组成原理 计 算 机 组 成 原 理 ⊙ 第五章指令系统 第5章 指令系统 教学目标 教学重点 教学过程 2019年9月14日 第1页计算机组成原理 ⊙ 第五章指令系统 教学目标 l 了解指令系统的发展与性能要求 l 掌握指令格式和寻址方式 2019年9月14日 第2页计算机组成原理 ⊙ 第五章指令系统 教学重点 l 指令格式 l 扩展操作码 l 寻址方式　 2019年9月14日 第3页计算机组成原理 ⊙ 第五章指令系统 教学过程 l 5.1 计算机的指令系统的发展与性能 l 5.2 指令的格式 l 5.3 寻址方式 l 5.4 指令的分类与高级语言 l 5.5 典型指令系统 2019年9月14日 第4页计算机组成原理 ⊙ 第五章指令系统 5.1计算机的指令系统的发展与性能 l 指令系统决定了计算机的基本功能，指令系统的设计是计算机系统设计 的一个核心问题。它不仅与计算机的硬件设计紧密相关，而且直接影响 到系统软件设计的难易程度。 l 完善的计算机的指令系统应具备： 1、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 备性。 2、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。 3、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。 (1)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。 (2)匀齐性：是指一种操作性质的指令可以支持各种数据类型。 (3)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。 4、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 有相同的基本结构、数据表示和共同的基本指令集合。 2019年9月14日 第5页计算机组成原理 ⊙ 第五章指令系统 5.2指令的格式 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 功能密切相关。 2019年9月14日 第6页计算机组成原理 ⊙ 第五章指令系统 5.2.1指令操作码与地址码 (1/9) l 两个字段：操作码字段+操作数地址字段： 1.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。 (1)每条指令都要求它的操作码必须是独一无二的位组合。 (2)指令系统中指令的个数N与操作码的位数n，必须满足关系式： N≤2n 2.操作数地址码 (1)地址码：用来描述该指令的操作对象。 (2)指令字长=操作码的位数+(操作数地址个数)*(操作数地址码位数) 操作码字段OC 地址码字段AC 2019年9月14日 第7页计算机组成原理 ⊙ 第五章指令系统 5.2.1指令操作码与地址码 (2/9) 一、指令格式 1.零地址指令格式 这是一种没有操作数地址部分的指令格式。 操作码OC 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。 (2)所需的操作数是默认的：堆栈。 2019年9月14日 第8页计算机组成原理 ⊙ 第五章指令系统 5.2.1指令操作码与地址码 (3/9) A、堆栈的概念 (a)是若干个存储单元(或寄存器)的有序集合，它顺序地存放一组元 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 能经过栈顶单元这个“出入口”。 (c)堆栈中的数据采用“先进后出”或“后进先出”的存取工作方式。 B、 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 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。 (c)对于“中断”技术，堆栈更是不可缺少的，保存“断点”和“现 场”。 2019年9月14日 第9页计算机组成原理 ⊙ 第五章指令系统 5.2.1指令操作码与地址码 (4/9) C、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 压入数据时，SP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， 立即读出SP所指向的栈顶单元内容，再把SP内容自动递 增而指向新的栈顶位置。即 PUSH X；(SP)-1?SP (X)?(SP) POP X； ((SP))?X (SP)+1?SP 2019年9月14日 第10页计算机组成原理 ⊙ 第五章指令系统 5.2.1指令操作码与地址码 (5/9) 2.一地址指令格式 操作码OC AC1 (1)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1、减1、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 作数，另一个操作数是由机内硬件寄存器“隐含”地自动 提供的。所谓“隐含”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 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(AC)。 2019年9月14日 第11页计算机组成原理 ⊙ 第五章指令系统 5.2.1指令操作码与地址码 (6/9) 3.二地址指令格式 操作码OC AC1 AC2 (1)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 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 地址。通常二地址指令又称为双操作数指令。 例如，双操作数加法指令： ADD R ，R 表示将R 寄存器的内容和R 寄存器的内容相加以后，将 结果存入0 寄1 存器中。0 1 R1 又如 ， 表示将 寄存器的内容作为地址，到内存中取出 ADD (R0) R1 R0 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R 寄 存器的内容相加以后，将结果存入 寄存器中。 1 R1 2019年9月14日 第12页计算机组成原理 ⊙ 第五章指令系统 5.2.1指令操作码与地址码 (7/9) 4.三地址指令格式 操作码OC AC1 AC2 AC3 其操作是对AC1、AC2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AC3中。 例如： ADD X Y Z 含义为 (X)+(Y)?Z 即X单元内容加上Y单元内容， 结果送Z单元中。 2019年9月14日 第13页计算机组成原理 ⊙ 第五章指令系统 5.2.1指令操作码与地址码 (8/9) 5.多地址指令格式 例如四地址指令格式。 (1)含义： ADD X Y Z W A、(X)+(Y)→Z B、(W)→下一条指令地址 操作码OC AC1 关 键 词： 计算机组成原理第五章课件 ppt、pptx格式 免费阅读 下载 天天文库

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