08 第3章第1讲 指令系统.ppt

第1页：第3章第1讲两项内容

第3章第1讲两项内容

本页为结构/流程示意图，图中标注的主要部件与信号如下，重点体现确定操作数地址与下条指令地址的多种寻址方式。

• 操作码

第2页：指令系统指令

指令系统指令

本页为结构/流程示意图，图中标注的主要部件与信号如下，重点体现确定操作数地址与下条指令地址的多种寻址方式。

• 操作数地址
• 操作码

第3页：计算机系统由硬件和软件两部分组成

计算机系统由硬件和软件两部分组成

硬件指由中央处理机、存储器以及外部设备等组成的实际装置。软件是为便于用户使用计算机而编写的各种程序，它实际上是由一系列机器指令组成的。

指令是用户使用计算机和计算机运行的最小的功能单位，一台计算机支持（或称使用）的全部指令构成该计算机的指令系统，它对计算机本身的硬件结构的复杂程度和运行性能，对用户完成程序设计的难易程度和工作效率，有非常重要的影响，必须对设计指令系统的工作给以足够的重视，慎重确定。

第4页：对指令系统的要求完备性

对指令系统的要求完备性:指令齐全，编程方便高效性：占内存少，运行省时规整性：指令与运算规则统一兼容性：新旧机指令软件兼容当前的计算机指令系统，从其构成的复杂和完备程度，或者说设计中追求的不同的目标区分，可分为CISC和RISC两类：RISC（Reduced Instruction Set Computer）,通常称为精简指令系统的计算机，提供数目较少、格式与功能简单、运行高效的指令，追求的是计算机控制器实现简单，运行高速，更容易在单块超大规模集成电路的芯片内制做出来。CISC（Complex Instruction Set Computer）,通常称为复杂指令系统的计算机，是相对于RISC一词而提出来的一种说法。

其特点是：指令条数多，格式多样，寻址方式复杂，每条指令的功能强，优点是汇编程序设计容易些，但计算机控制器的实现困难多，很多指令被使用的机会并不多。

第5页：寻址方式

寻址方式

本页为结构/流程示意图，图中标注的主要部件与信号如下，重点体现确定操作数地址与下条指令地址的多种寻址方式。

• 操作数地址
• 操作码

第6页：寻址方式

寻址方式（又称编址方式）指的是确定本条指令的数据地址及下一条要执行的指令地址的方法

不同的计算机系统,使用数目和功能不同的寻址方式，其实现的复杂程度和运行性能各不相同。有的计算机寻址方式较少，而有些计算机采用多种寻址方式。

通常需要在指令中为每一个操作数专设一个地址字段，用来表示数据的来源或去向的地址。在指令中给出的操作数的地址被称为形式地址，使用形式地址信息并按一定的规则计算出来的一个数值才是数据（或指令）的实际地址。

在指令的操作数地址字段，可能要指出：①运算器中的累加器的编号或专用寄存器名称（编号）②输入/输出指令中用到的I/O设备的入出端口地址③内存储器的一个存储单元（或一I/O设备）的地址有多种基本寻址方式和某些符合寻址方式,简介如下:寻址方式。

第7页：计算机的CPU中一般设置有一定数量

计算机的CPU中一般设置有一定数量的通用寄存器，用于存放操作数、操作数地址或中间结果

假如指令地址码字段给出某一通用寄存器的编号（地址），且所需的操作数就在这一寄存器中，这就是寄存器寻址方式；若该寄存器中存放的是操作数在内存储器中所在单元的地址，这就是寄存器间接寻址方式。可通过指令的操作码或另设一个字段，来区分这两种不同的寻址方式。

1、寄存器寻址、寄存器间接寻址例：RegNo.=5，使用5#累加器，此时5#累加器中的内容为7，可记为(R5)=7，对寄存器寻址方式，操作数就是这里的数值7对寄存器间接寻址，从内存7#单元读出来的数才是操作数。

第8页：立即数寻址所需的一个操作数

、立即数寻址所需的一个操作数在指令的地址字段部分直接给出

则Num即为操作数的值。适用于操作数固定的情况，提高了指令的执行速度，当该立即数的值限定为较小值（占用位数少）时，可在第一个指令字中直接给出，否则可在第二个指令字中给出。

第9页：在指令的地址码字段直接给出所需的操作数

在指令的地址码字段直接给出所需的操作数（或指令）在存储器中的地址

则Addr为操作数在存储器中的地址。或转移指令等用到的指令地址。

3、直接寻址例：Addr = 5718H，这里的H表示5718是16进制的值，可能用作下一条指令的地址；也可能用作操作数的地址，若[ 5718H ]= 3，即内存储器5718单元中的内容为3，则操作数就是这里的3。内存储器操作数。

第10页：操作数的地址由指定的变址寄存器

操作数的地址由指定的变址寄存器（由Reg指定）的内容和指令中的地址码（Disp）相加得到

4、变址寻址通用寄存器加法器操作数存储器例：Disp=18H，Reg=5，(R5)=5700H则操作数地址= 5718H便于对数组元素进行处理，是计算机中常用的一种寻址方式。

第11页：原码反码补码表示

操作数（或指令）的地址由程序计数器PC的内容（即当前执行指令的地址）和指令的地址码相加得到。5、相对寻址例：Disp = 48H(PC) = 5600H则实际地址= 5648H1)．主要用于转移指令，对浮动程序很有用。

2)．位移量可正可负，通常用补码表示。

第12页：指令的地址码字段给出的内容既不是操作数

指令的地址码字段给出的内容既不是操作数，也不是操作数的地址，而是操作数（或指令）地址的地址，这被称为间接寻址方式，多一次读内存储器的操作。6、间接寻址存储器操作数Addr1指令中的Addr可以用其他寻址方式给出，例如变址寻址，这就成为变址寻址与间接寻址的复合寻址方式。

第13页：在计算机中设置一个专用的基址寄存器

在计算机中设置一个专用的基址寄存器，操作数（或指令）的地址通过基址寄存器的内容和指令中的地址码相加得到。7、基址寻址基址寄存器加法器存储器操作数例：Disp= 18H，[BS]= 5700H则操作数地址=5718H主要用于为程序或数据分配存储区，对多道程序或浮动程序很有用，解决了程序在存储器中的定位和扩大寻址空间等问题。

第14页：主存储器

堆栈是内存储器中一块按“后进先出”原则进行读写的存储区，并通过一个专用的寄存器（称为堆栈指针SP）给出堆栈的栈顶（和次栈顶）地址完成数据的读写操作，故不必在指令中用操作数地址字段给堆栈地址。通常在读写操作的前后伴随有计算机自动（不是用户通过指令）修改SP内容的动作，以确保按正确的“后进先出”原则读写堆栈区。

例如：（SP）-1SP和AR，即SP的内容减1存回SP，并送内存地址寄存器，接下来才可以把数据写到堆栈中。完成一次读堆栈操作后，要接着执行（SP）+ 1SP的一次自动修改SP内容的操作。

8、堆栈寻址需要注意的是，指令长度可能是一个字，也可能是两个字或多个字，要看操作数地址字段的位数要求，由具体的情况决定。

第15页：单字指令仅用一个指令字

单字指令仅用一个指令字

双字指令要用两个指令字,此时第二个指令字的内容可能是立即数、一个直接地址或一个变址位移量。操作码条件码目的寄存器源寄存器I/O端口地址条件转移指令的偏移量直接数/内存地址/指令中变址偏移量6位2位4位4位TEC-2教学机的指令格式。

第16页：第一个指令字分为三个主要部分

第一个指令字分为三个主要部分

最高6位是操作码。从这个意义上讲,教学机的基本指令是固定长度的操作码结构,最多支持64条基本指令。

中间的两位,即第9、8两位是条件码。目前我们把它用作条件转移指令的判断条件。

最低的8位有多种用法：给出1或2个寄存器的编号，入/出端口的地址，或用于给出相对转移指令的偏移量。操作码条件码目的寄存器源寄存器I/O端口地址相对转移指令的偏移量直接数/内存地址/指令中变址偏移量8位2位4位4位TEC-2教学机的指令格式。

第17页：单字指令仅用一个指令字

单字指令仅用一个指令字

双字指令要用两个指令字,此时第二个指令字的内容可能是立即数、一个直接地址或一个变址位移量。TEC-2000教学机的指令格式操作码目的寄存器源寄存器I/O端口地址相对转移指令的偏移量直接数/内存地址/指令中变址偏移量8位4位4位。

第18页：第一个指令字分为三个主要部分

第一个指令字分为三个主要部分

最高8位是操作码。从这个意义上讲,教学机的基本指令是固定长度的操作码结构,最多支持256条基本指令。

最低的8位有多种用法：给出1或2个寄存器的编号，或入/出端口的地址，或用于给出相对转移指令的偏移量。操作码目的寄存器源寄存器I/O端口地址相对转移指令的偏移量直接数/内存地址/指令中变址偏移量8位4位4位TEC-2000教学机的指令格式。

第19页：TEC-2000教学计算机系统

TEC-2000教学计算机系统

本页为结构/流程示意图，图中标注的主要部件与信号如下，重点体现教学计算机的硬件组成、软件配置与支持的教学实验。

• R0

第20页：操作码组织和汇编语句命名8位固定长度

操作码组织和汇编语句命名8位固定长度

本页为结构/流程示意图，图中标注的主要部件与信号如下，重点体现操作码字段的分组规则与汇编语句的命名约定。

• 操作码
• IR
• R1

第21页：TEC-2000 16位机指令系统

第22页：TEC-2000 16位机指令系统

第23页：TEC-2000 8位机指令系统

第24页：TEC-2000 8位机指令系统