计算机组成原理_3_1

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1、第第 3 章章 第第 1 讲讲两项内容：两项内容：1. 指令、指令格式和寻址方式指令、指令格式和寻址方式2. 教学计算机指令系统概述教学计算机指令系统概述 TEC-2000型型 16位位 和和 8位位 字长的字长的 教学机指令系统实例教学机指令系统实例作业：熟悉作业：熟悉16位机的指令系统和程序设计位机的指令系统和程序设计 思考思考 8位机的指令系统：组成、格式位机的指令系统：组成、格式（操作码编码、寻址方式等）（操作码编码、寻址方式等）一、指令系统一、指令系统 指令指令 : 功能功能 定义定义 用法用法指令格式指令格式: 操作码操作码 操作数地址操作数地址固定长度固定长度可变长度可变长度交叉

2、安排交叉安排无地址无地址一地址一地址二地址二地址多地址多地址2. 寻址方式寻址方式 外设寻址外设寻址入入 / 出端口地址方式出端口地址方式 统一映象方式统一映象方式主存寻址主存寻址寄存器寻址寄存器寻址直接寻址直接寻址变址寻址变址寻址寄存器间址寄存器间址间接寻址间接寻址相对寻址相对寻址基地址寻址基地址寻址立即数寻址立即数寻址堆栈寻址堆栈寻址1. 指令与指令格式指令与指令格式 计算机系统由硬件和软件两部分组成。硬件计算机系统由硬件和软件两部分组成。硬件指由中央处理机、存储器以及外部设备等组成的指由中央处理机、存储器以及外部设备等组成的实际装置。软件是为便于用户使用计算机而编写实际装置。软件是为便于

3、用户使用计算机而编写的各种程序，它实际上是由一系列机器指令组成的各种程序，它实际上是由一系列机器指令组成的。的。 指令是用户使用计算机和计算机运行的最小指令是用户使用计算机和计算机运行的最小的功能单位，一台计算机支持（或称使用）的全的功能单位，一台计算机支持（或称使用）的全部指令构成该计算机的指令系统，它对计算机本部指令构成该计算机的指令系统，它对计算机本身的硬件结构的复杂程度和运行性能，对用户完身的硬件结构的复杂程度和运行性能，对用户完成程序设计的难易程度和工作效率，有非常重要成程序设计的难易程度和工作效率，有非常重要的影响，必须对设计指令系统的工作给以足够的的影响，必须对设计指令系统的工作

4、给以足够的重视，慎重确定。重视，慎重确定。对指令系统的要求对指令系统的要求完备性完备性: : 指令齐全，编程方便指令齐全，编程方便高效性：占内存少，运行省时高效性：占内存少，运行省时规整性：指令与运算规则统一规整性：指令与运算规则统一兼容性：新旧机指令软件兼容兼容性：新旧机指令软件兼容当前的计算机指令系统，从其构成的复杂和完备程度，当前的计算机指令系统，从其构成的复杂和完备程度，或者说设计中追求的不同的目标区分，可分为或者说设计中追求的不同的目标区分，可分为 CISC CISC 和和RISC RISC 两类：两类： RISCRISC（Reduced Instruction Set Comput

5、erReduced Instruction Set Computer）, ,通常称为通常称为精简指令系统的计算机，提供数目较少、格式与功能简单、精简指令系统的计算机，提供数目较少、格式与功能简单、运行高效的指令，追求的是计算机控制器实现简单，运行高运行高效的指令，追求的是计算机控制器实现简单，运行高速，更容易在单块超大规模集成电路的芯片内制做出来。速，更容易在单块超大规模集成电路的芯片内制做出来。 CISC CISC （Complex Instruction Set ComputerComplex Instruction Set Computer）, ,通常称通常称为复杂指令系统的计算机，是相

6、对于为复杂指令系统的计算机，是相对于 RISC RISC 一词而提出来的一词而提出来的一种说法。其特点是：指令条数多，格式多样，寻址方式复一种说法。其特点是：指令条数多，格式多样，寻址方式复杂，每条指令的功能强，优点是汇编程序设计容易些，但计杂，每条指令的功能强，优点是汇编程序设计容易些，但计算机控制器的实现困难多，很多指令被使用的机会并不多。算机控制器的实现困难多，很多指令被使用的机会并不多。指令：功能、定义、用法指令：功能、定义、用法指令格式：指令格式： 操作码操作码 操作数地址操作数地址 固定长度固定长度扩展长度扩展长度交叉安排交叉安排无地址无地址一地址一地址二地址二地址多地址多地址三种

7、方案三种方案按操作数按操作数个数划分个数划分教学计算机的操作码：教学计算机的操作码： TEC-2000 16位机采用位机采用 8 位固定长度位固定长度 ， 多种寻址方式多种寻址方式 TEC-2000 8 位机采用位机采用 逐段扩展长度，逐段扩展长度， 多种寻址方式多种寻址方式 寻址方式（又称编址方式）指的是确定本条指令的数据地址及寻址方式（又称编址方式）指的是确定本条指令的数据地址及下一条要执行的指令地址的方法。下一条要执行的指令地址的方法。 不同的计算机系统不同的计算机系统, ,使用数目和功能不同的寻址方式，其实现的使用数目和功能不同的寻址方式，其实现的复杂程度和运行性能各不相同。有的计算机

8、寻址方式较少，而有些复杂程度和运行性能各不相同。有的计算机寻址方式较少，而有些计算机采用多种寻址方式。通常需要在指令中为每一个操作数专设计算机采用多种寻址方式。通常需要在指令中为每一个操作数专设一个地址字段，用来表示数据的来源或去向的地址。在指令中给出一个地址字段，用来表示数据的来源或去向的地址。在指令中给出的操作数的地址被称为形式地址，使用形式地址信息并按一定的规的操作数的地址被称为形式地址，使用形式地址信息并按一定的规则计算出来的一个数值才是数据（或指令）的实际地址。在指令的则计算出来的一个数值才是数据（或指令）的实际地址。在指令的操作数地址字段，可能要指出：操作数地址字段，可能要指出：

9、运算器中的累加器的编号或专用寄存器名称（编号）运算器中的累加器的编号或专用寄存器名称（编号） 输入输入/ /输出指令中用到的输出指令中用到的 I/O I/O 设备的入出端口地址设备的入出端口地址 内存储器的一个存储单元（或一内存储器的一个存储单元（或一 I/OI/O设备设备 ）的地址）的地址 有多种有多种 基本寻址方式基本寻址方式 和某些和某些 符合寻址方式符合寻址方式, ,简介如下简介如下: : 计算机的计算机的CPU中一般设置有一定数量的通用寄存器，用中一般设置有一定数量的通用寄存器，用于存放操作数、操作数地址或中间结果。假如指令地址码字段于存放操作数、操作数地址或中间结果。假如指令地址码

10、字段给出某一通用寄存器的编号（地址），且给出某一通用寄存器的编号（地址），且所需的操作数就在这所需的操作数就在这一寄存器中，这就是一寄存器中，这就是寄存器寻址方式；若该寄存器中存放的是寄存器寻址方式；若该寄存器中存放的是操作数在内存储器中所在单元的地址，操作数在内存储器中所在单元的地址，这就是这就是寄存器间接寻址寄存器间接寻址方式。可通过指令的操作码或另设一个字段，来区分这两种不方式。可通过指令的操作码或另设一个字段，来区分这两种不同的寻址方式。同的寻址方式。OPRegNo.1、寄存器寻址、寄存器间接寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址例：例：RegNoRegNo.=5.=5， 使用使用 5# 5

11、# 累加器累加器 ， 此时此时 5# 5# 累加器中的内容为累加器中的内容为 7 7， 可记为可记为 (R5)=7(R5)=7，对寄存器寻址方式，操作数就是这里的数值对寄存器寻址方式，操作数就是这里的数值 7 7对寄存器间接寻址，从内存对寄存器间接寻址，从内存 7# 7# 单元读出来的数才是操作数单元读出来的数才是操作数2、立即数寻址、立即数寻址 所需的一个操作数在指令的地址字段部分直接给出。所需的一个操作数在指令的地址字段部分直接给出。OPNum则则 Num Num 即为操作数的值。即为操作数的值。适用于操作数固定的情况，提高了指令的执行速度，适用于操作数固定的情况，提高了指令的执行速度，