《《系统结构与分析》第十章：指令集：特征和功能》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《系统结构与分析》第十章：指令集：特征和功能（41页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第十章 指令集:特征和功能,10.1 机器指令特征,何谓指令集 CPU能够理解的所有指令的集合 机器语言，二机制码 为方便阅读和交流，通常采用汇编语言的形式,操作码 源操作引用 目的操作引用 下一条指令引用 在跳转、循环指令中指明下一步执行哪一句,机器指令要素,指令周期状态图,在机器内部，指令用一个唯一的位串表示 为方便阅读，用符号(助记符)来代替位串 e.g. ADD, SUB, MOV,指令表示,简单的指令格式,数据处理：算数和逻辑指令 ADD，SUB，AND，OR，XOR，etc 数据存储：存储器命令 MOV，XCHG，XLAT，etc 数据传送：I/O指令 IN，OUT 控制 JMP，
2、LOOP，HLT,指令类型,3 地址指令 操作数1, 操作数2, 结果 a = b + c; 可能有第4个操作数 下一条指令的地址 (通常隐含在程序计数器里) 3地址指令不普遍，因为它需要较长的指令格式,地址数目(a),2 地址指令 有一个地址既是操作数又是操作结果 a += b 缩短了指令长度 有时需要一些额外的工作，例如临时存储某些运算结果,地址数目(b),单地址指令 第二个地址是隐含的 通常是寄存器 (累加器) eg. DIV BX ；隐含了AX寄存器MUL CX ；隐含了AX寄存器 常见于早期的CPU,地址数目(c),0 地址指令 所有地址均是隐含的 通常与堆栈有关 e.g. PUSH
3、F ；隐含了标志寄存器POPF ；隐含了标志寄存器,地址数目(d),地址数目多时 指令更复杂 需要更多的寄存器 程序需要的指令数目较少 地址数目少时 指令较简单 程序需要的指令数目较多 指令的读取和执行都很快,地址数目应该是多少,操作指令表 应提供多少和什么样的操作 操作是何等复杂 数据类型 所操作的数据的类型 指令格式 指令的长度 地址的数目,指令集设计要素(1),寄存器 CPU中可使用的寄存器的数目 哪种操作在哪个寄存器上完成 寻址方式 RISC v CISC,指令集设计要素(2),内存单元地址 数值 整数/浮点数 字符 ASCII etc. 逻辑数据 位或标志,10.2 操作数类型,8
4、bit Byte 16 bit word 32 bit double word 64 bit quad word 以 Byte 为单位进行寻址 存放数据时，低字节放在低地址，高字节放在高地址,10.3.1 Pentium 数据类型,常规 Byte，Word，DWord，QWord 整数 有符号二进制数，补码表示 序数 无符号整数 未压缩的BCD码 1个字节表示1位10进制数 压缩的BCD码 4位2进制数表示1位10进制数 近指针 段内的32位地址偏移量 位串 连续的位序列 字符串 浮点数(IEEE 标准),Pentium数据类型,Pentium 浮点数类型-整数(1),Pentium 浮点数类
5、型-整数(2),Pentium 浮点数类型-浮点数,8 (字节), 16 (半字), 32 (字) , 64 (双字) 既可以使用低位地地址格式，又可以使用高位低地址格式 定点处理器能识别如下数据类型: 无符号字节, 无符号半字, 有符号半字, 无符号字, 有符号字, 无符号双字, 字符串 (长度128 字节) 浮点数 IEEE 754 单精度或双精度,10.3.2 Power PC 数据类型,数据传送 算数运算 逻辑运算 转换 I/O指令 系统控制 控制传递,10.4 操作类型,需要指定： 源操作位置 目的操作位置 传送数据个数 不同的传送可能有不同的指令 e.g. IBM 370 或同一指
6、令有不同的操作数 e.g. VAX,数据传送类指令(P273表10.3),Add, Subtract, Multiply, Divide 指令 为有符号整数提供 有时也为浮点数提供 可能包括 Increment (a+) Decrement (a-) Negate (-a) Absolute (|a|),算数运算类指令(P273表10.3),移位指令 : 平移,移位指令 : 循环移位,位操作 AND, OR, NOT,逻辑运算类指令,将字的内容从一种形式转换为另一种形式 E.g. Binary to Decimal CBW：8086，字节转换为字 CWD：8086，字转换为双字,转换类指令,不
7、同的I/O方式有不同的指令 存储映射编程控制的I/O 可以使用与存储器一样的指令 独立编程控制的I/O 使用专用的I/O指令 可能被一个独立的控制器控制 (DMA),I/O指令,通常是特权指令 仅当 CPU 正处于某种特权状态时才使用 一般都是保留给操作系统使用,系统控制类指令,转移指令 e.g. 若结果为0转移到 x 跳步指令 e.g. 增量，并且若为0则跳过下一条指令 过程调用指令 c.f. 中断调用或子程序调用,控制传递类指令,子程序的嵌套调用,堆栈的使用,P284，表10.8 Intel 指令集基本上是向下兼容的 个别低版本CPU的指令被淘汰,10.5.1 Pentium操作类型,Ca
8、ll，Enter，Leave，Return Call 指令： 1、将当前指令指针值（下一条将要执行的语句的地址）压入堆栈； 2、将子程序的入口地址放入指令指针进行执行 Return 指令： 从堆栈中弹出下一条指令的地址放入指令指针,Pentium 调用/返回指令,特权指令，仅供操作系统使用 允许局部或全局段表被装入或读取，并可检查和更改段的优先级别,Pentium 存储管理指令,标志位 CF：进位标志 AF：辅助进位标志 PF：奇偶标志 ZF：0标志位 SF：符号标志位 OF：溢出标志位 通常用在转移和循环语句 JZ/JNZ，JP/JNP JL/JNL，JLE，JGE，JG/JNG,Penti
9、um 条件代码,MMX 是一组用于多媒体任务的优选指令，共57条，1996年Intel开始引入 Pentium 产品系列 多媒体数据的特点： 数据元素小，通常为8位 数据数量大，通常为向量(音频)或矩阵(图像) MMX 针对多媒体数据的处理方式 以 SIMD(单指令多数据) 的样式处理数据，可较好完成向量的加、乘运算(向量最常见的运算) 定义 3 种新的数据类型，方便批处理短数据,Pentium MMX 指令,10.5.2 Power PC 操作类型,P291，表10.12 装入/存储指令 只有装入(Load)和存储(Store)指令能访问存储器 算术和逻辑指令只能在寄存器上完成 这是 RISC 设计的一个特征,当存储的数据多于一个字节时，这些数据在主存中的组织方式（2种） 1、高位放高地址，地位放低地址 2、高位放低地址，低位放高地址,补充：字节逻辑,Pentium (80x86), VAX， 高位放高地址 IBM 370, Moterola 680x0 (Mac), 多数 RISC CPU，高位放低地址 Internet ，高位放低地址,常用的字节逻辑,
