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目录 1 机器指令 2 操作数类型和操作种类 3 寻址方式 4、RISC技术 1 机器指令1.1 指令的一般格式:操作码字段+地址码字段 1、操作码:反映机器做什么操作 (1)长度固定:用于指令字长较长的情况,RISC (2)长度可变:操作码分散在指令字的不同字段中 2、扩展操作码技术---操作码的位数随地址数的减少而增加 短操作码不能是长操作码的前置 3、地址码 (1)四地址 (2)三地址
(3)二地址
(4)一地址
(5)零地址 1.2 指令字长 1、指令字长固定---指令字长=存储字长 2、指令字长可变---按字节的倍数变化 1.3 小结 1、当用一些一些硬件资源代替指令字中的地址码字段后: (1)可扩大指令的寻址范围 (2)可缩短指令字长 (3)可减少访存次数 2、当指令的地址字段为寄存器时;可缩短指令字长;甚至可以不进行访存 2 操作数类型和操作种类2.1 操作数类型 2.2 数据在存储器中的存放方式
大端存储和小端存储 1、边界对准方式---从地址的整数倍位置开始访问 数据存放的起始地址是数据长度的整数倍 可以在一个周期内完成存储访问,空间浪费也不太严重 2.3 操作类型 1、数据传送 2、算术逻辑操作 加、减、乘、除、增1、减1、求补、浮点运算、与、或、非、异或、位操作、位清除 3、移位操作 算术移位、逻辑移位、循环移位(带进位和不带进位) 4、转移 (3)调用和返回
(4)陷阱(Trap)与陷阱指令---意外事故的中断 一般不提供给用户直接使用;在出现事故时,由CPU自动产生并执行(隐指令) 设置供用户使用的陷阱指令,完成系统调用 5、输入输出 3 寻址方式 寻址方式: 确定本条指令的操作数地址,下一条要执行指令的指令地址 寻址分类: 指令寻址;数据寻址 3.1 指令寻址 3.2 数据寻址
1、立即寻址---形式地址A就是操作数、立即数已经在CPU中 A的位数限制了立即数的范围
2、直接寻址---有效地址=形式地址A (1)执行阶段访问一次存储器 (2)A的位数决定该指令操作数的寻址范围 (3)操作数的地址不易修改(必须修改A) 3、隐含寻址---操作数地址隐含在操作码中 指令字中少了一个地址字段, 可缩短指令字长
4、间接寻址---有效地址由形式地址间接提供 (1)执行指令阶段2次访存,操作数的地址放置在EA中 (2)可扩大寻址范围 (3)便于编制程序,EA方便修改 可以多次间址
5、寄存器寻址 (1)执行阶段不访存,只访问寄存器,执行速度快; (2)寄存器个数有限,可缩短指令字长
6、寄存器间接寻址 (1)有效地址在寄存器中,操作数在存储器中,执行阶段一次访问 (2)便于编制循环程序
7、基址寻址 (1)采用专用寄存器作基址寄存器 (1)BR内容由操作系统或管理程序确定 (2)程序执行过程BR内容不变,形式地址A可变
(2)采用通用寄存器作基址寄存器 (1)由用户指定哪个通用寄存器作为基址寄存器 (2)基址寄存器的内容由操作系统确定 (3)在程序的执行过程中R0内容不变,形式地址A可变
8、变址寻址 (1)可扩大寻址范围 (2)IX的内容由用户给定 (3)在程序的执行过程中IX内容可变,形式地址A不变 (4)便于处理数组问题,将A设为数组首元素地址
9、相对寻址----PC+A A是相对于当前指令的位移量(可正可负,补码) (1)A的位数决定操作数的寻址范围 (2)程序浮动 (3)广泛用于转移指令
(1)相对寻址举例: (2)按字节寻址的相对寻址举例 PC会自动+2字节,因此真正的偏移量是06H
10、堆栈寻址 (1)堆栈的特点 (2)SP的修改与主存编址方法有关
3.3 指令格式举例 1、设计指令格式应考虑的各种因素 (1)指令系统的兼容性 (2)其他因素: 操作类型---包括指令个数及操作的难易程度; 数据类型---确定哪些数据类型可参与操作 指令格式---指令字长是否固定;操作码位数;地址码位数、 寻址方式---指令寻址、操作数寻址 寄存器个数----直接影响指令的执行时间 4、RISC技术4.1 RISC的产生与发展 RISC(Reduced Instruction Set Computer)---精简指令集 CISC(Complex Instruction Set Competer) 80-20规律:典型程序中80%的语句仅仅使用处理机中20%的指令 执行频度高的简单指令,因复杂指令的存在,执行速度无法提高 4.2 RISC的主要特征 (1)选用使用频度较高的一些简单指令,复杂指令的功能由简单指令来组合 (2)指令长度固定、指令格式种类少,寻址方式少 (3)只有LOAD/STORE指令访存 (4)CPU中有多个通用寄存器 (5)采用流水技术一个时钟周期内完成一条指令 (6)采用组合逻辑(硬件)实现控制 4.3 RISC和CISC的比较 1、RISC更能充分利用VLSI芯片的面积 2、RISC更能提高计算机运算速度指令数、指令格式、寻址方式少,通用寄存器多,采用组合逻辑,便于实现指令流水 3、RISC便于设计,可降低成本,提高可靠性 4、RISC不易实现指令系统兼容 |
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