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1、第章第章 指指 令令 系系 统统 7.1 机器指令机器指令 7.2 操作数类型和操作类型操作数类型和操作类型 7.3 寻址方式寻址方式 7.4 指令格式举例指令格式举例 7.5 RISC 技术技术 7.1 机机 器器 指指 令令 一、指令的一般格式一、指令的一般格式 操作码字段操作码字段 地址码字段地址码字段 1. 操作码操作码 反映机器做什么操作反映机器做什么操作 (1) 长度固定长度固定 (2) 长度可变长度可变 用于指令字长较长的情况用于指令字长较长的情况 ，RISC 如如 IBM 370 操作码操作码 8 位位 操作码分散在指令字的不同字段中操作码分散在指令字的不同字段中 (3) 扩展
2、操作码技术扩展操作码技术 操作码的位数随地址数的减少而增加操作码的位数随地址数的减少而增加 OP A1 A2 A3 0000 0001 1110 A1 A1 A1 A2 A2 A2 A3 A3 A3 A2 A2 A2 A3 A3 A3 1111 1111 1111 0000 0001 1110 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0000 0001 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 A3 A3 A3 0000 0001 1110 4 位操作码位操作码 8 位操作码位操作码 12 位操作码位操作码 16 位
3、操作码位操作码 最多最多15条三地址指令条三地址指令 最多最多15条二地址指令条二地址指令 最多最多15条一地址指令条一地址指令 16条零地址指令条零地址指令 7.1 (3) 扩展操作码技术扩展操作码技术 操作码的位数随地址数的减少而增加操作码的位数随地址数的减少而增加 OP A1 A2 A3 0000 0001 1110 A1 A1 A1 A2 A2 A2 A3 A3 A3 A2 A2 A2 A3 A3 A3 1111 1111 1111 0000 0001 1110 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0000 0001 1111 11
4、11 1111 1111 1111 1111 1111 A3 A3 A3 0000 0001 1110 4 位操作码位操作码 8 位操作码位操作码 12 位操作码位操作码 16 位操作码位操作码 三地址指令操作码三地址指令操作码 每减少一种可多构成每减少一种可多构成 24 种二地址指令种二地址指令 二地址指令操作码二地址指令操作码 每减少一种可多构成每减少一种可多构成 24 种一地址指令种一地址指令 7.1 2. 地址码地址码 (1) 四地址四地址 (2) 三地址三地址 OP A1 A2 A3 A4 8 6 6 6 6 A1 第一操作数地址第一操作数地址 A2 第二操作数地址第二操作数地址 A
5、3 结果的地址结果的地址 A4 下一条指令地址下一条指令地址 若若 PC 代替代替 A4 (A1) OP (A2) A3 8 8 8 8 OP A1 A2 A3 (A1) OP (A2) A3 4 次访存次访存 4 次访存次访存 寻址范围寻址范围 26 = 64 寻址范围寻址范围 28 = 256 若若 A3 用用 A1 或或 A2 代替代替 7.1 设指令字长为设指令字长为 32 位位 操作码固定为操作码固定为 8 位位 (3) 二地址二地址 OP A1 A2 8 12 12 (A1) OP (A2) A1 (A1) OP (A2) A2 或或 4 次访存次访存 若若ACC 代替代替 A1（
6、或或A2） 若结果存于若结果存于 ACC (4) 一地址一地址 (5) 零地址零地址 OP A1 8 24 无地址码无地址码 (ACC) OP (A1) ACC 2 次访存次访存 寻址范围寻址范围 212 = 4 K 寻址范围寻址范围 224 = 16 M 3次访存次访存 7.1 二、指令字长二、指令字长 指令字长决定于指令字长决定于 操作码的长度操作码的长度 指令字长指令字长 = 存储字长存储字长 2. 指令字长指令字长 可变可变 操作数地址的长度操作数地址的长度 操作数地址的个数操作数地址的个数 1. 指令字长指令字长 固定固定 按字节的倍数变化按字节的倍数变化 7.1 小结小结 当用一些
7、硬件资源代替指令字中的地址码字段后当用一些硬件资源代替指令字中的地址码字段后 当指令的地址字段为寄存器时当指令的地址字段为寄存器时 可扩大指令操作数的寻址范围可扩大指令操作数的寻址范围 可缩短指令字长可缩短指令字长 可减少访存次数可减少访存次数 三地址三地址 OP R1, R2, R3 二地址二地址 OP R1, R2 一地址一地址 OP R1 指令执行阶段不访存指令执行阶段不访存 可缩短指令字长可缩短指令字长 7.1 7.2 操作数类型和操作种类操作数类型和操作种类 一、操作数类型一、操作数类型 地址地址 数字数字 字符字符 逻辑数逻辑数 无符号整数无符号整数 定点数、浮点数、十进制数定点数
8、、浮点数、十进制数 ASCII 逻辑运算逻辑运算 二、数据在存储器中的存放方式二、数据在存储器中的存放方式 字地址字地址 为为 低字节低字节 地址地址 字地址字地址 为为 高字节高字节 地址地址 3 7 6 2 1 5 4 0 字地址字地址 0 4 低字节低字节 0 4 5 1 2 6 7 3 字地址字地址 0 4 低字节低字节 存储器中的数据存放（存储字长为存储器中的数据存放（存储字长为 32 位）位） 地址（十进制）地址（十进制） 0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 双字双字 双字（地址双字（地址32） 双字双字 双字（地址双字（地址24） 半字（地址半字（地址20） 半
9、字（地址半字（地址22） 半字（地址半字（地址16） 半字（地址半字（地址18） 字节（地址字节（地址 8） 字节（地址字节（地址 9） 字节（地址字节（地址10） 字节（地址字节（地址11） 字（地址字（地址 4） 字（地址字（地址 0） 字节（地址字节（地址14） 字节（地址字节（地址15） 字节（地址字节（地址13） 字节（地址字节（地址12） 边界对准边界对准 地址（十进制）地址（十进制） 0 4 8 字节字节( 地址地址7) 字节字节( 地址地址6) 字字( 地址地址2) 半字半字( 地址地址10) 半字半字( 地址地址8) 半字半字( 地址地址0) 字字( 地址地址4) 边界未对准
10、边界未对准 7.2 三、操作类型三、操作类型 1. 数据传送数据传送 源源 目的目的 寄存器寄存器 寄存器寄存器 寄存器寄存器 寄存器寄存器 存储器存储器 存储器存储器 存储器存储器 存储器存储器 置“置“1”，清“”，清“0” 2. 算术逻辑操作算术逻辑操作 加、减、乘、除、增加、减、乘、除、增 1、减、减 1、求补、浮点运算、十进制运算、求补、浮点运算、十进制运算 与、或、非、异或、位操作、位测试、位清除、位求反与、或、非、异或、位操作、位测试、位清除、位求反 如如 8086 MOVE STORE LOAD MOVE PUSH POP 例如例如 MOVE MOVE 7.2 ADD SUB
11、MUL DIV INC DEC CMP NEG AAA AAS AAM AAD AND OR NOT XOR TEST 3. 移位操作移位操作 算术移位算术移位 4. 转移转移 (1) 无条件转移无条件转移 JMP (2) 条件转移条件转移 结果为零转结果为零转 （Z = 1） JZ 结果溢出转结果溢出转 （O = 1）JO 结果有进位转（结果有进位转（C = 1）JC 跳过一条指令跳过一条指令 SKP 循环移位（带进位和不带进位）循环移位（带进位和不带进位） 如如 300 305 306 307 SKP DZ D = 0 则跳则跳 逻辑移位逻辑移位 完成触发器完成触发器 7.2 (3) 调用
12、和返回调用和返回 CALL SUB1 . . CALL SUB2 . CALL SUB2 RETURN RETURN 主程序主程序 地址地址 2000 2100 2101 子程序子程序SUB1 2400 2500 2501 2560 2561 2700 主存空间分配主存空间分配 程序执行流程程序执行流程 子程序子程序SUB2 7.2 . IN AX, n OUT DX, AL OUT n, AX OUT DX, AX (4) 陷阱（陷阱（Trap）与陷阱指令与陷阱指令 意外事故的中断意外事故的中断 设置供用户使用的陷阱指令设置供用户使用的陷阱指令 如如 8086 INT TYPE 软中断软中断
13、 提供给用户使用的陷阱指令，完成系统调用提供给用户使用的陷阱指令，完成系统调用 5. 输入输出输入输出 一般不提供给用户直接使用一般不提供给用户直接使用 在出现事故时，由在出现事故时，由 CPU 自动产生并执行（隐指令）自动产生并执行（隐指令） IN AL, DX IN AX, DX 入入 端口地址端口地址 CPU 的寄存器的寄存器 出出 CPU 的寄存器的寄存器 端口地址端口地址 7.2 如如 如如 IN AL, n OUT n, AL 7.3 寻寻 址址 方方 式式 寻址方式寻址方式 确定确定 本条指令本条指令 的的 操作数地址操作数地址 下一条下一条 欲执行欲执行 指令指令 的的 指令地
14、址指令地址 指令寻址指令寻址 数据寻址数据寻址 寻址方式寻址方式 7.3 寻寻 址址 方方 式式 一、指令寻址一、指令寻址 顺序顺序 ( PC ) + 1 PC 跳跃跳跃 由转移指令指出由转移指令指出 LDA 1000 ADD 1001 DEC 1200 JMP 7 LDA 2000 SUB 2001 INC STA 2500 LDA 1100 . 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 PC +1 指令地址寻址方式指令地址寻址方式 指令地址指令地址 指令指令 顺序寻址顺序寻址 1 顺序寻址顺序寻址 2 顺序寻址顺序寻址 3 跳跃寻址跳跃寻址 7 顺序寻址顺序寻址 8 二、数据寻址二、数据寻址
15、 形式地址形式地址 指令字中的地址（地址码字段）指令字中的地址（地址码字段） 有效地址有效地址 操作数的真实地址操作数的真实地址 约定约定 指令字长指令字长 = 存储字长存储字长 = 机器字长机器字长 1. 立即寻址立即寻址 指令执行阶段不访存指令执行阶段不访存 A 的位数限制了立即数的范围的位数限制了立即数的范围 形式地址形式地址 A 操作码操作码 寻址特征寻址特征 OP # A 立即寻址特征立即寻址特征 立即数立即数 可正可负可正可负 补码补码 形式地址形式地址 A 就是操作数就是操作数 7.3 2. 直接寻址直接寻址 EA = A 操作数操作数 主存主存 寻址特征寻址特征 LDA A A ACC 执行阶段访问一次存储器执行阶段访问一次存储器 A 的位数决定了该指令操作数的寻址范围的位数决定了该指令操作数的寻址范围 操作数的地址不易修改（必须修改操作数的地址不易修改（必须修改A） 有效地址由形式地址直接给出有效地址由形式地址直接给出 7.3 3. 隐含寻址隐含寻址 操作数地址隐含在操作码中操作数
