计算机组织与结构 第3章 汇编级机器组织.ppt

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1、第3章汇编级机器组织1※指令系统定义：机器指令—要求硬件直接实现某种运算或操作的命令；指令系统—所有机器指令的集合。※指令系统与软硬件关系：§3.1指令系统组成指令系统按约定形成按约定实现计算机硬件计算机软件应用需求相一致执行软件应用结果指令系统是软硬件间的一个“约定”！是软硬件交界面之一指令格式：操作功能-操作命令间的约定按一定格式编写的操作命令按一定格式实现的操作功能2一、指令功能1、指令的操作数(1)数据结构与数据表示*数据结构：计算机软件能够直接识别和引用的数据类型；*数据表示：计算机硬件能够直接识别和引用的数据类型；*相互关系：数据结构直接使

2、用方法(x%)软件映像方法(1-x%)数据表示使用频率较高(2)指令的操作数*操作数类型：所有种类的数据表示，通常有定点/浮点数、逻辑数、字符、地址等；*操作数长度：部分种类有几种长度，如定点/浮点数及逻辑数等使用频率均较高，可节约存储空间32、指令的操作*指令操作类型—软件中使用频率较高的基本操作；如数据传送、算逻运算、转移控制等种类※课件约定—第A个寄存器的地址用RA表示、内容用(RA)表示；第A个主存单元的地址用[A]表示、内容用[A]表示；操作的源操作数用内容表示、目标操作数用地址表示(1)数据传送*操作功能：REG、主存、I/O设备间的数据传

3、送；如—R0←(R1)、R0←[0100H]，各部件均可为目标操作数*操作数：8b/16b/…的信息(数值/字符/地址等)；*操作数个数：2个无需区分数据类型(无数据运算)4(2)算术逻辑运算*操作功能：算术运算—加、减、乘、除、+1、-1、求补等；如：R0←(R1)+[0100H]、R2←(R2)+1逻辑运算—与、或、非等；如：R0←(R0)&(R1)、R0←~(R0)*操作数：算术运算—为8b/16b/…的有符号/无符号定点数，逻辑运算—为8b/16b/…逻辑数，源操作数、目标操作数的数据类型应相同；*操作数个数：1～3个(如+1、C←A+B、A←

4、A+B)；*操作结果状态：Z(是否为零)、S(是否为负数)、V(是否溢出)、C(是否有进位/借位)等状态产生与保存—由ALU产生、用状态寄存器保存关系运算=算术运算+结果状态+逻辑运算5(3)转移操作*操作功能：改变程序的逻辑顺序(即下条指令地址→PC)，有条件转移、无条件转移、调用、返回等种类；…C←C-1JZ2000…20002010…逻辑地址程序条件转移操作…JMP+9…A←A+1…20002010…2019逻辑地址程序无条件转移操作…CALL2200A←A+1…200020102011…逻辑地址主程序调用操作…CALL**…RETURN…220

5、0…2280…逻辑地址子程序返回操作注：①条件转移操作的条件由测试条件及转移条件组成；②调用操作参数有目标指令地址及返回指令地址；③返回操作参数仅为返回指令地址堆栈(存储部件)(隐含方式)写入④嵌套调用要求堆栈是按“后进先出”顺序(不按地址)访问的部件(隐含方式)读出“后进先出”顺序6*操作数：显式—指令的绝对地址或相对地址(偏移量)，隐式—状态寄存器的状态、堆栈的顶部内容；*显式操作数个数：1个或0个(4)移位操作*操作功能：逻辑左/右移、算术左/右移、循环左/右移等；如：R0←(R0)<<逻辑2、R1←(R1)>>算术(R2)*操作数：操作数据—8

6、b/16b/…的定点数或逻辑数，移动位数—8b/16b/…的无符号定点数；*操作数个数：2个(5)其他类型操作浮点运算、十进制运算、字符串处理等7二、指令格式*指令格式组成：由操作码、地址码两个字段组成操作码字段地址码字段*指令格式的相关参数：OPA1A2目标地址←(A1)OP(A2)②操作数类型(长度)?①操作类型？⑤A1/A2?④地址个数?③操作数对应的部件及地址?⑥下条指令地址?*指令系统组成：由若干种机器指令格式组成第1种：第2种：…第n种：A1A2…OP1AOP2A1A2OPn注：①各种指令操作码须互不相同！②操作数类型为硬件数据表示！81、

7、操作码字段*功能：用编码指明(约定)操作的性质,包括操作类型、操作数类型及长度3个方面；例1—指令系统约定：操作类型≤8种，加法操作需支持8/16位定点数、单/双精度浮点数，移位操作需支持8/16位定点数，逻辑非操作只需支持8位逻辑数。操作码字段如何编码?加法逻辑非逻辑数8位定点数浮点数8位16位单精度双精度移位定点数8位16位操作数长度由操作类型默认表示操作数类型由操作类型默认表示0000000000000010010100011000√方案1：支持种类[+操作类型]×方案2：数据表示编码000000000000001001010或110010101

8、010101009*操作类型编码方法：性能参数—规整性、程序中指令的平均操作码长；└→影响译码