文档介绍：第五章指令系统
IBM大型机指令系统简介
指令系统概述
指令格式
数据在内存中的存放格式
指令的寻址方式(编码方式)
指令的类型
指令系统的兼容性
精简指令系统计算机(RISC)简介
Pentium微处理器指令系统简介
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指令系统概述
计算机系统中运行的软件有系统软件和应用软件两种。
系统软件对整个计算机系统进行调度、管理、监视、服务,为用户提供使用方便,扩大机器功能,提高机器使用效率。
应用软件是用户针对某种领域实际应用需求而开发的软件。许多通用商品化的应用软件现已成为系统软件,如Word等。
前述所有各种软件的设计基础就是计算机的指令系统。
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名词解释:
指令:命令计算机直接进行某种基本操作的二进制代码串,也叫机器语言代码。每条指令可以完成一个独立的算术运算或逻辑运算操作。
从计算机组成的层次结构来说,计算机的指令有微指令、机器指令和宏指令。微指令是微程序级的命令,它属于硬件;宏指令是由若干条机器指令组成的软件指令,它属于软件;而机器指令则介于微指令与宏指令之间。
指令系统:一台计算机能直接理解与执行的全部指令的集合称为该机的指令系统,也叫机器语言。指令系统是进行计算机逻辑设计和编制程序的基本依据。,但同一系列的CPU一般升级后指令都有扩充,并可兼容。
复杂指令系统计算机(CISC)和精简指令系统计算机(RISC)
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计算机的性能与它所设置的指令系统有很大的关系,而指令系统的设置又与机器的硬件结构密切相关。通常性能较好的计算机都设有功能齐全、通用性强、指令丰富的指令系统,但这需要复杂的硬件结构来支持。
系列(Series)计算机是指基本指令系统相同,基本体系结构相同的一系列计算机。一个系列往往有多种型号,各型号的基本结构相同。但由于推出的时间不同,所采用的器件也不同,因此在结构和性能有很大差异。系列机能解决软件兼容问题的必要条件使该系列的各机种有共同的指令集,旧机种上运行的各种软件可以不加修改的在新机种上运行。
本章从指令格式、地址结构、寻址方式、指令类型等方面介绍。
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指令的结构
指令字:代表指令的一组二进制代码信息;
指令长度:指令字中二进制代码的位数。位数越多,所能表示的操作信息和地址信息也就越多,使指令功能丰富。但会占用存储空间多,读取指令的时间可能增加。
1、典型的指令格式
操作码 OP——指明操作性质的命令码,
提供指令的操作控制信息。
操作对象A——说明操作数存放的地址,
有时则就是操作数本身。
指令格式
OP
A
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零地址指令
例如:NOP 、HLT,也叫无操作数指令
一地址指令
例如:递增,移位,取反,INC AX,NOT BX
二地址指令
例:[A1]+[A2]→[A1],[A2]为源地址,[A1]目的地址
三地址指令
例: [A1]+[A2]→[A3],其中[A1]、[A2]为源地址,[A3]为目的地址,操作后源地址内容不变仅被拷贝
多地址指令:用于实现成批数据处理。
OP
OP A
OP A1 A2
OP A1 A2 A3
2、指令格式的五种类型
——根据操作对象地址长度的不同而划分。
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3、指令操作码的编码格式
指令操作码的位数限制指令系统中完成操作的指令条数。
固定格式操作码
操作码长度固定,一般集中于指令字的前一个字段中。若操作码长度为K为,则它最多只能有2K条不同指令。在字长较长的大中型以及超级小型机上广泛使用。
优点:有利于简化硬件设计,减少译码时间
可变格式操作码
通常在指令字中用一个固定长度的字段来表示基本的操作码,而对于一部分少地址指令则把它们的操作码扩充到该指令的地址字段,即操作码长度可以改变。
这种方法在不增加指令字长度的情况下可表示更多的指令,但增加了译码和分析难度,需更多硬件支持。微机中常使用此方式。
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指令操作码的扩展技术 可变格式操作码的指令示例1
假设某机器的指令长度为16位,包括4位基本操作码和三个4位地址码段。
15… 12 11……8 7 ……4 3…..0
4位基本操作码可表示16个状态,因此如用4位操作码则能表示16条三地址指令,而用8位操作码则可表示256条二地址指令。而用12位操作码则可表示4096条一地址指令。
OP A1 A2 A3
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同样情况下,如果需要三地址、二地址、一地址指令各15条、零地址指令16条,则一样能够采用可变格式操作码实现。
例如可以这样规定:
15条三地址指令的操作码为:0000 ~ 1110
15条二地址指令的操作码为