第4章 指令系统（课件）《计算机原理》同步教学（高教版）

第4章 指令系统 知识目标 理解指令、指令系统的概念； 掌握指令格式及常用指令格式的分类，操作码的编码方法和扩展编码方法； 了解CISC和RISC的概念； 掌握各种操作数的寻址方式； 掌握各种常见的指令的功能和类型； 了解汇编语言的概念。 引言 计算机通过执行程序来完成各种工作任务,而程序是由一系列有序的指令构成的。指令系统是程序员编制程序的基础，也反映了一台计算机所具有的数据处理能力。 4．1概述 4．1．1 指令与指令系统 1、指令 指令是计算机能够识别和执行的操作命令。 2、指令系统 一个完善的指令系统应满足下面这几个要求： ①完备性-指令系统的完备性是指用汇编语言编制各种程序时指令系统提供的指令足够用，而不必用软件实现。这就需要指令系统丰富、功能齐全、使用方便。 ②有效性-指令系统的有效性是指利用该指令系统编制的程序能产生高效率。高效率主要表现在程序所占存储空间小，执行速度快两个方面。 4．1概述 ③规整性-指令系统的规整性包括指令系统的对称性和匀齐性，指令格式与数据格式的一致性。对称性是指在指令系统中所有寄存器和存储单元都可以同等对待，所有指令都可使用各种寻址方式。匀齐性是指一种操作性质的指令可以支持各种数据结构，在编制程序时无需考虑数据类型。指令格式与数据格式的一致性是指指令长度与数据长度有一定的关系，以方便存取和处理。  4．1概述 ④兼容性-兼容性是指一台机器上运行的软件可以不经修改地运行于另一台机器。对于一般系统，同一厂家生产的系列机各机种之间具有相同的基本结构和共同的基本指令集，因而指令系统是兼容的，亦即各机种上的基本软件可以相互通用，但一般只能做到低档机或旧机器上的软件可不加修改即可在新机器上运行，以节省软件的开发费用。同时，新机种一出现就具有丰富的软件。 4．2指令格式 4.2.1指令格式 指令格式可由以下两个部分信息组成：操作码，地址码 1、操作码 操作码表示操作的性质及功能，操作码域所占的0，1码位数取决于指令系统中的指令条数。 2、地址码 地址码用来指出该指令的操作对象，它可用来指出操作数的地址，CPU通过该地址取得操作数；也可以用来指出操作结果的存储地址，操作数的结果保存在该地址中；还可指出下一条指令的地址，如转移、调用子程序、返回等，下一条指令的地址由指令给出。 4．2指令格式 3、指令字长 指令长度=操作码长度+操作数地址的长度（操作码地址个数）。由于操作码的长度、操作数地址的长度以及所需地址的个数不同，各指令的长度可能不同。但长度也不是任意的，指令长度通常设计为字节的整数倍。 4．2．2指令格式分类 指令中包括的地址码字段有；①操作数的地址，用以指明操作数的存放处，不同的指令其所需的操作数可能不同，最多可有两个操作数地址。②操作结果的地址，用以运算结果的存放。 4．2指令格式 1．三地址指令格式 2．二地址指令格式 3 ．一地址指令格式 4 ．零地址指令格式 4．2．3操作码格式 1、定长操作码 这是一种比较归整的操作码编码方式，即让操作码的长度固定且集中放在指令字的一个字段中。这种格式对简化硬件设计，减少译码时间非常有利。若操作码固定为K位，则它所能表达的操作最多为2k个。 4．2指令格式 2、扩展操作码 这是一种不归整的操作码编码方式，即操作码的长度可变且分散地放在不同的字段中。 4．3寻址方式 4．3．1立即寻址 立即寻址方式是指操作数直接在指令中给出的寻址方式，包含在指令中的操作数称为立即数。 由于在取指令的同时，将操作数与操作码同时取出，不需再访问存储器，因此立即寻址方式的执行速度较快，但由于立即数作为指令的一部分不能修改，所以只适合于操作数固定不变的场合，如向某个存储单元或某一寄存器设置初值或提供一个常数。立即寻址方式便于程序员使用，但它是所有寻址方式中灵活性最差的一种。 4．3寻址方式 4．3．2直接寻址 直接寻址是把操作数的地址直接作为指令中的地址码。根据指令的地址码部分给出的地址就可以直接在存储器中找到所需的操作数。 这种寻址方式简单、直观、硬件实现起来比较容易。但它只能用来访问固定的存储单元。 4．3．3寄存器寻址 指令的地址码部分给出某一通用寄存器的地址，而且所需的操作数就在这一寄存器中,则称为寄存器寻址方式。 4．3寻址方式 寄存器寻址指令简单，而且，从寄存器中存取数据比从存储器中存取数据快得多，所以寄存器寻址方式可以缩短指令的长度，节省存储空间，提高指令的执行速度。因此，巧妙地使用寄存器是提高汇编程序设计水平的一个关键。 4．3．4间接寻址 当地址码不是操作数的地址，而是另一个地址的地址时，所使用的寻址