计算机组成原理_第5讲：指令系统与MIPS汇编语言_第1部分_-2张版.pdf

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1、计算机组成原理(2012级)计算机组成原理课程组（刘旭东、肖利民、牛建伟、栾钟治）第五讲：指令系统与MIPS汇编一．指令格式1.指令系统概述2.指令格式3.寻址方式二．典型指令系统介绍1.8086/8088指令系统2.MIPS指令系统3.CISC与RISC三．MIPS汇编语言21.1指令系统概述∑指令系统的基本问题¾操作类型：应该提供哪些（多少）操作？°用LD/ST/INC/BRN已经足够编写任何计算程序，但不实用，程序太长。¾操作对象：如何表示？可以表示多少？°大多数是双值运算（如AÅB+C)°存在单值运算（如AÅ~B)¾指

2、令格式：如何将这些内容编码成一致的格式？°指令长度、字段、编码等问题31.1指令系统概述∑机器指令的要素¾操作码(OperationCode)：指明进行的何种操作¾源操作数地址(SourceOperandReference)：参加操作的操作数的地址，可能有多个。¾目的操作数地址(DestinationOperandReference)：保存操作结果的地址。¾下条指令的地址(NextInstructionReference)：指明下一条要运行的指令的位置，一般指令是按顺序依次执行的，所以绝大多数指令中并不显式的指明下一条指令的地

3、址，也就是说，指令格式中并不包含这部分信息。只有少数指令需要显示指明下一条指令的地址。41.1指令系统概述∑从指令执行周期看指令涉及的内容from：南大袁春风老师ppt51.1指令系统概述∑操作数的位置¾存储器（存储器地址）¾寄存器（寄存器地址）¾输入输出端口（输入输出端口地址）∑操作数的类型¾数值（无符号、定点、浮点）¾逻辑型数、字符¾地址（操作数地址、指令地址）∑操作数的存储方式¾大端（big-endian）次序：最高有效字节存储在地址最小位置¾小端（little-endian）次序：最低有效字节存储在地址最小位置例：In

4、ta;//0x12345678地址值地址值a+012a+078a+134a+156a+256a+234a+378a+312大端次序小端次序61.1指令系统概述∑指令集系统结构(ISA)¾机器语言编程者的视角，机器内部结构和行为能力的指令级抽象ApplicationsSoftwarelayersofOSabstractionCompilerInstructionSetArchitecture（ISA）InstructionInput/ProcessingOutputHardwarelayersDatapath&Controlfo

5、rdesignabstractionDigitalDesignCircuitDesign71.1指令系统概述∑指令集系统架构（ISA）种类¾大部分ISA都可归类为通用寄存器系统结构¾Register-Memory式ISA（如80X86）°多种指令可以访问内存；°存在寄存器操作数和内存操作数直接运行的指令；¾Load-Store式ISA（如MIPS）°只有装载（LOAD）和存储（STORE）指令可以访问内存°运算指令操作数全部为寄存器操作数；∑Load-Store是ISA的一种趋势81.1指令系统概述∑指令类型¾数据传输指令：寄

6、存器与存储器之间，寄存器之间传递数据；¾算术/逻辑运算指令：寄存器（或存储器）中整型数或逻辑型数据的运算操作。¾程序控制指令：控制程序执行顺序，条件转移或跳转，子程序调用和返回等；¾浮点运算指令：处理浮点数的运算。∑通用寄存器的优势¾寄存器比存储器快¾寄存器便于编译器使用¾寄存器可以保存变量¾减少存储器访问，提高速度¾提高代码密度，寄存器地址比存储器地址短91.2指令格式∑指令的表示¾机器表示：二进制代码形式¾符号化表示：助记符，如MOVAX，BX∑操作数地址的数目¾三地址：DesÅ(Sur1)OP(Sur2)¾双地址：Des

7、Å(Sur)OP(Des)¾单地址：累加器作为默认操作数的双操作数型，或单操作数型¾无地址：隐含操作数型，或无操作数型OPDesAddSur1AddSur2AddOPDesAddSurAddOPAddOP101.2指令格式∑操作码结构¾固定长度操作码：操作码长度（占二进制位数）固定不变。°硬件设计简单°指令译码时间开销较小°指令空间效率较低¾可变长度操作码：操作码长度随指令地址数目的不同而不同。°硬件设计相对复杂°指令译码时间开销较大°指令空间利用率较高∑指令长度¾定长指令系统，如MIPS指令¾变长指令系统：一般为字节的整数倍

8、，如80X86指令111.3寻址方式∑形式地址与有效地址¾形式地址：指令中直接给出的地址编码。¾有效地址：根据形式地址和寻址方式计算出来的操作数在内存单元中的地址。¾寻址方式：根据形式地址计算到操作数的有效地址的方式（算法）∑常用寻址方式¾立即寻址¾寄存器直接寻址¾寄存器间接