4.1
指令系统的发展与性能要求
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指令系统决定了计算机的基本功能,指令系统的设计是计算机系统设计的一个核心问题。它不仅与计
算机的硬件设计紧密相关,而且直接影响到系统软件设计的难易程度。
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完善的计算机的指令系统应具备:
1、
完备性:
一台计算机中最基本的、必不可少的指令构成了指令系统的完备性。
2、
有效性:
指利用该指令系统所提供的指令编制的程序能够产生高效率。高效率主要表现在空间和时间
方面,即占用存储空间小、执行速度快。
3、
规整性:
指令操作的对称性和匀齐性,指令格式与数据格式的一致性。
(1)对称性:在指令系统中,所有寄存器和存储单元都可同等对待,这对简化程序设计,提高程序的可
读性非常有用。
(2)匀齐性:是指一种操作性质的指令可以支持各种数据类型。
(3)指令的格式与数据格式的一致性:指令长度与数据长度有一定关系,以方便存取和处理。
4、
兼容性:
兼容性一般是指计算机的体系结构设计基本相同,机器之间具有相同的基本结构、数据表示
和共同的基本指令集合。
指令:一般由操作码和地址码构成。操作码在前,地址码个数可变。
操作码(Op)|地址码(Ad)
(A1)OP (A2)->A3(结果),A4=下一条指令地址【A1是地址 (A1)是内容】
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数据传送指令
–
实现主存与寄存器之间、寄存器与寄存器之间或立即数到寄存器和主存的数据传送
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算术运算指令
–
实现加、减、乘、除等运算的指令
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逻辑运算指令
–
实现逻辑与、或、非、异或,以及移位等操作的指令
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程序控制转移指令
–
无条件转移指令、有条件转移指令、子程序调用和返回指令等
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输入输出指令
–
CPU
与外设之间传送数据的指令
常用数据寻址方式
直接寻址
在指令格式的地址字段中,直接给出操作数在内存的地址
立即寻址
指令的地址字段指出的不是操作数的地址,而直接是操作数本身
隐含寻址
在指令中不明显地给出操作数的地址
间接寻址
间接寻址是相对于直接寻址而言的,指令地址字段的形式地址D不是操作数的真正地址,而是操作数地址的指示器,或者说是D单元的内容才是操作数的有效地址。
间接寻址是在直接寻址的基础上面建立起来的,也就是直接寻址得到的数据是一个地址,通过这个地址找到最终的数据,也就是两次寻址,第一次得到的是地址,第二次才是目标数据。
寄存器寻址(对直接寻址的改进)
指令中给出的操作数地址不是内存的地址单元号,而是通用寄存器的编号。即操作数不放在内存中,而是放在通用寄存器中

寄存器间接寻址(对间接寻址的改进)
指令中指定的寄存器中的内容不是操作数,而是操作数的地址

基址(寄存器相对)寻址
基址寄存器的内容加上指令中给定的形式地址(偏移量),形成操作数的有效地址
A可变BR不变

变址寻址
有效地址EA等于指令字中的形式地址A与变址寄存器IX的内容相加之和,即EA=A+(IX)。
IX可变A不变,变址寻址主要用于处理数组问题。

相对寻址

堆栈寻址
CPU执行:
取指令访存1次
软堆栈执行指令访存
