计算机组成原理-指令系统

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1、CollegeofComputerScience&Technology指令系统鲁东大学LUDONGUNIVERSITY指令系统操作和操作数类型机器指令的概念指令的一般格式寻址方式鲁东大学LUDONGUNIVERSITY指令系统1.机器指令什么是机器指令？什么是指令系统？能够被机器直接理解并执行的语言-机器语言机器语言的语句-机器指令机器能够理解的全部机器指令的集合称为该机器的指令系统指令系统-软/硬件界面反映机器的功能不同CPU有所不同鲁东大学LUDONGUNIVERSITY指令系统2.指令的一般

2、格式机器指令操作码字段地址码字段操作码作用：用于指明操作的类型；指令必须有操作码字段该字段长度的意义：决定了指令系统能够容纳的指令条数字段长度规定：定长操作码指令系统变长操作码指令系统鲁东大学LUDONGUNIVERSITY指令格式-操作码字段操作码字段固定长度为n位则：该指令系统最多可容纳2n条指令特点：(优)操作码译码简单定长操作码指令系统操作码nbit(缺)随着地址码增加，指令长度增加操作码nbit操作码nbit鲁东大学LUDONGUNIVERSITY指令格式-操作码字段变长操作码指令系统-

3、-随着地址码长度的变化，操作码长度变化OP4bA1A2A3三地址指令格式三地址指令15条OP4bA1A2二地址指令格式二地址指令15条111100001110…11100000…OP4bA2一地址指令格式一地址指令15条111111111110…0000OP4b零地址指令格式零地址指令16条1111111111111111…0000操作码随地址码的减少而增加常用技术：操作码扩展技术★--特点：与定长刚好相反鲁东大学LUDONGUNIVERSITY操作码扩展技术EX1:计算机字长16bit,设有单地

4、址指令和双地址指令两类，若每个地址码字段为6位且双地址指令有X条，问单地址指令最多有多少条？典型操作码扩展题目画出所有的指令格式二地址指令A16bA26bOP4b一地址指令+6bA6bOP4b思考方向：地址码多地址码少操作码扩展方向分析操作码使用情况共有24，使用X剩余24-X用于扩展前4位有24-X种后6位有26故：全部使用有(24-X)•26鲁东大学LUDONGUNIVERSITY操作码扩展技术EX2:假设指令字长16位，操作数的地址码为6位，指令有零地址、一地址、二地址三种格式。要求：(1

5、)设操作码固定，若零地址有P种，一地址指令有Q种，则二地址最多有多少种？(2)采用操作码扩展技术，若二地址指令有X种，零地址指令有Y种，则一地址指令最多有多少种？对定长操作码指令格式，应满足最长地址码要求故：指令格式为A16bitA26bitOP4bit指令系统能容纳最多24条指令∴二地址指令最多有24-P-Q种A16bitA26bitOP4bit二地址指令格式：一地址指令格式：A6bitOP10bit零地址指令格式：OP16bit扩展6bit扩展6bitX种Y种剩余24-X设为Z剩余(24-X)

6、26-Z((24-X)26-Z)26=Y∴Z=(24-X)26-Y2-6强调:操作码扩展技术思考方向必须是操作码增长方向鲁东大学LUDONGUNIVERSITY操作码扩展技术EX2.机器指令长度为16位，地址码长度为6位，包含单地址指令，双地址指令和无地址指令，试问单地址指令最多有多少条？此时双地址指令和无地址指令各多少条？二地址指令一地址指令画出所有的指令格式A16bA26bOP4b+6bA6bOP4b零地址指令+6bOP10b分析操作码使用情况单地址指令最多的情况二地址指令最少为1条

7、用于零地址指令扩展的编码最少为1个此时最多为1条剩余编码24-1设为X条，则剩余编码(24-1)•26-X=1此时最多为1•26条鲁东大学LUDONGUNIVERSITY指令格式-地址码字段地址码2.指令的一般格式作用：用于指明操作数的地址；分析指令地址码类型①四地址指令②三地址指令③二地址指令④一地址指令OPA1A2A3A4A1:源操作数1的地址A2:源操作数2的地址A3:目的操作数的地址执行操作：(A1)op(A2)(A3)A4？？--下一条指令的地址在执行操作后，则通过(A4)PC指向下

8、一条指令∵程序顺序执行，PC+1PC∴A4字段可以去掉∵结果可以存放在其中一个源地址中∴源2和目的可以使用一地址，A3省去A2:源2/目的操作数地址执行操作：(A1)op(A2)(A2)如果其中一个源操作数隐含地址则可继续减少地址码A2⑤零地址指令或者另一个操作数隐含存放如存放在ACC中执行操作：(A1)op(ACC)ACC或者(A1)只需要1个操作数执行操作：op(A1)(A1)指令不需要操作数如：NOPHLT…或者操作数隐含如：CBW,CWD…鲁东大学LUDONGUNI