[工学]专题四指令系统

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计算机组成原理第4章指令系统课件

计算机组成原理第4章指令系统课件

4.2 指令的格式
4.2.1 指令的编码格式
操作码OC
AC1
AC2
(1)把保存操作前原来操作数的地址称为源点地址(SS), 把保存指令执行结果的地址称为终点地址或目的地址(DD)。
(2)将源点与终点操作数进行操作码规定的操作后,将 结果存入终点地址。通常二地址指令又称为双操作数指令。
ADD R0,R1表示将R0寄存器的内容和R1寄存器的内容相加以
5 异或XOR
XOR指令对两个操作数进 行按位异或运算。
4.4 指令的种类
4.4.4 移位、循环类指令
CF
位移指令SAL/SHL操作示意图
CF
SAR操作示意图
CF 0
SHR操作示意图
4.4 指令的种类
4.4.4 移位、循环类指令
不带进位标志的循环左移指令ROL MSB 操作数 LSB
CF
不带进位标志的循环右移指令ROR MSB 操作数 LSB
例如:在IBM-PC指令系统中
MOV
AX,05FFH
4.3 寻址方式
4.3.2 常用的寻址方式
2.直接寻址方式
(1)含义: 是指地址字段直接指明操作数在存储器内的位置的寻址 方法。即形式地址等于有效地址。 (2)优缺点: A、优点:简单,不需要进行加法运算。 B、缺点:地址空间指令地址字段长度的限制。
4.2 指令的格式
4.2.3 指令助记符
通常采用一些符号来代表二进制数据,这些符号即指 令助记符。
指令助记符 ADD SUB MUL DIV
助记符示例
含义
指令助记符
相加
AND
相减
OR
相乘
LOAD
相除
STORE

计算机原理第四章指令系统

计算机原理第四章指令系统

、寄存器寻址、间接寻址、基址寻址、变址
寻址等。
指令系统的设计原则与技术
设计原则
指令系统的设计需要遵循一系列原则,包括完备性、 一致性、简单性、高效性等。完备性是指指令系统应 该能够完成所有需要的操作;一致性是指指令系统的 设计应该保持风格的一致性;简单性是指指令系统的 设计应该尽可能简单明了;高效性是指指令系统应该 能够高效地完成各种操作。
02
优点是操作数存放在寄存器中,可以快速访问。
03
缺点是寄存器的数量有限,不是所有数据都能存放在寄存器 中。
间接寻址方式
操作数的地址通过寄存器间接给出。 优点是可以间接访问内存单元,扩大寻址范围。 缺点是需要多一个间接寻址的步骤,访问速度较慢。
基址寻址方式
01
操作数的有效地址是基址寄存器和位移量之和。
计算机原理第四 章指令系统
目录
• 指令系统概述 • 指令格式 • 指令系统中的寻址方式 • 指令系统中的控制指令 • 指令系统中的数据处理指令 • 指令系统中的输入输出指令
01
指令系统概述
指令系统的定义与功能
指令系统的定义
指令系统是指一台计算机所能执行的所有指令的集合,包括各种指令、寻址方 式、寄存器名称等。
输入输出指令是计算机与外部环境交互的重要手段,对于实现计算机的输 入输出功能至关重要。
输入输出指令的实现方式
直接内存访问(DMA)
DMA是一种实现高速数据传输的方法,通过直接在内存和 外部设备之间传输数据,而不需要经过CPU的干预。
中断
中断是一种处理输入输出请求的方法,当外部设备完成数据传输或需要CPU处 理某些事件时,会向CPU发送中断信号,CPU会暂停当前任务并转去处理中断 事件。

《指令系统》课件

《指令系统》课件
随着应用需求的多样化,指令系统的多样性也在不断发展 。
不同的指令系统针对不同的应用领域进行优化,以满足各 种复杂的应用需求。
例如,针对高性能计算领域的处理器,其指令系统会更加 注重浮点运算和并行处理;针对嵌入式领域的处理器,其 指令系统会更加注重低功耗和实时性。
指令系统与其他技术的融合
随着技术的发展,指令系统与其他技术 的融合成为一种趋势。
为了减少访问主存的延迟,指 令系统使用缓存来存储经常访 问的数据和指令。通过缓存管 理技术,系统可以更快地访问 这些数据和指令。
为了降低能耗和提高能源效率 ,指令系统采用了一系列节能 技术,如动态电压调节、动态 频率调节、休眠模式等。
为了提高系统的安全性,指令 系统可以提供加密和解密功能 ,保护数据的机密性和完整性 。此外,还可以通过权限控制 和访问控制机制来限制对敏感 资源的访问。
03 指令系统的实现方式
汇编语言实现指令系统
汇编语言概述
汇编语言是一种低级语言,与机器语言有很高的相似度。 它使用助记符表示指令,易于理解和编写。
汇编指令系统
汇编语言中的指令系统通常与特定的处理器架构相关联, 包括算术、逻辑、控制和输入/输出指令。
汇编程序
汇编程序是一种将汇编语言代码转换为机器语言的编译器 。它逐条将汇编指令翻译为对应的机器码,并生成可执行 文件。
例如,与人工智能技术的融合,使得处 理器能够更好地支持人工智能算法和应 用;与网络技术的融合,使得处理器能 够更好地支持云计算和边缘计算等应用

通过与其他技术的融合,指令系统的功 能和应用领域得到了进一步拓展,同时
也促进了相关技术的发展和创新。
谢的任务, 确保各个任务按照预定的顺序或优先级执行 。
D

指令系统

指令系统

第 4 章 指令系统华南理工大学 黄钦胜 编 本章重点: 本章重点:指令格式,功能及分类。

指令和数据的寻址方式。

堆栈及其实现。

RISC 和 RISC 的特点。

4.1 指令1. 概述:(1) 指令系统 指令:指挥计算机执行某种操作的命令。

指令系统:某计算机所能执行的全部指令,称为该机的指令系统。

(2) 指令系统的类型 ① 复杂指令系统计算机 CISC ② 精简指令系统计算机 RISC (3)指令系统与软硬件的关系 按指令系统功能构造硬件组织;硬件支持指令系统功能 的实现;在指令系统的基础上构造系统软件。

2. 对指令系统性能的要求指令系统的设计是计算机系统设计中的一个核心问题。

(1) 完备性: 要求指令系统丰富,功能齐全,使用方便。

(2) 有效性: 指编写出的程序能高效率运行,占存储空间小,执行速度快。

(3)规整性: 包括对称性、匀齐性、指令格式和数据格式的一致性。

①对称性:指令系统中所有的寄存器和存储器单元都可同等对待,所有指 令都可使用各种寻址方式。

②匀齐性:一种操作性质的指令可支持各种数据类型。

③一致性:指令的长度和数据的长度有一定的关系,以便处理和存取,通 常为字节长度的整数倍。

④兼容性: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, 而且“向上兼容” 。

4.1.1 指令的基本格式OP 操作码字段 A 操作数地址字段1. 操作码 OP——用于指示指令的操作性质及功能。

n≥log2N 或 N≤2n 式中,N——指令系统基本指令的条数。

n——OP 的二进制位数。

2. 地址码 A——指示操作数或指令的地址。

A 的位数越多,访问内存的范围(寻址范围)越大。

通常还包含寻址方式码。

3. 指令字长——一条指令含有的二进制位数。

指令字长和机器字长通常是整倍数关系。

4. 决定指令格式的主要因素。

操作种类、地址个数、寻址方式。

4.1.2 地址码格式1. 三地址指令 OP A1 A2 A3指令意义:(A1) OP (A2) A3 优点:适用于需保留操作数的场合。

计算机组成原理之 指令系统

计算机组成原理之 指令系统

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按操作数的物理位置分类
访问内存 存储器 存储器-存储器( 存储器(SS)型 访问寄存器 寄存器 寄存器-寄存器( 寄存器(RR)型 访问内存和寄存器型 寄存器 寄存器-存储器( 存储器(RS)型
指令字长度
指令字中包含二进制代码的位数,称为指令字长度。 指令字中包含 进制代码的位数,称为指令字长度 机器字长是指计算机能直接处理的二进制数据的位数 ,它决定了计算机的运算精度。 指令字长度=机器字长度的指令称为单字长指令 指令字长度=半个机器字长度的指令称为半字长指令 指令字长度=两个机器字长度的指令称为双字长指令 指令字长度 两个机器字长度的指令称为双字长指令 用多字长指令的目的? 优点是提供足够的地址位来解决访问内存任何单元 的寻址问题。 缺点是必须两次或多次访问内存以取出整条指令, 缺点是必须两次或多次访问内存以取出整条指令 这就降低了CPU的运算速度,同时又占用了更多的存 储空间。
详见Intel CPU文档:Intel 64 and IA-32 Architectures Software Developer's Developer s ManualVolume 2A: Instruction Set Reference
23
24
[例1] ] 指令格式如下所示,其中 令 式 OP为操作码,试分析指令格式的特点。 令 式 15 9 7 4 3 0 OP -------源寄存器 目标寄存器 [解 ]: (1)单字长二地址指令。 (2)操作码字段OP可以指定128条指令。 (3)源寄存器和目标寄存器都是通用寄存器(可分别指定16个),所以是RR 型指令,两个操作数均在寄存器中。 (4)这种指令结构常用于算术逻辑运算类指令。 这种指令结构常用于算术逻辑运算类指令 [例2] 指令格式如下所示,OP为操作码字段,试分析指令格式特点。 15 10 7 4 3 0 OP -------- 源寄存器 变址寄存器 位移量(16位) [解 ]: (1)双字长二地址指令,用于访问存储器。 (2)操作码字段OP为6位,可以指定64种操作。 (3)一个操作数在源寄存器(共16个),另一个操作数在存储器中(由变址寄 存器和位移量决定)所以是RS型指令。

计算机组成原理-04指令系统

计算机组成原理-04指令系统
OPCODE (A1,A2)-> A3
第4章 指令系统
多地址指令
在性能较好的大中型机甚至高档小型机中, 设置的一些功能很强的,用于处理成批数 据的指令,如字符串处理指令,向量、矩 阵运算指令等
第4章 指令系统
指令操作码的扩展技术
指令操作码的长度决定了指令系统中完成不同操作的指 令条数 若机器的操作码长度为K位,则它最多只能有2K条不同 指令 指令操作码的编码有2种
单元内容
FEH
1111 1111
FFH
高地址
((01H))=?
数据寄存器
D7D6
D1D0
数据总线
((01H))=(03H)=02H
读/写命令
第4章 指令系统
3、数据信息的表达单位
计算机中信息的单位
二进制位bit:存储一位二进制数:0或1 字节Byte:8个二进制位,D7-D0 字Word:16位,2个字节,D15-D0 双字DWord:32位,4个字节,D31-D0
OP
操作码
AD1,(AD2,AD3)
地址码
第4章 指令系统
操作码(operation code)
表示该指令所要完成的操作 操作码是指令功能的二进制编码 操作码的长度决定指令系统中的指令数
第4章 指令系统
地址码
操作数 源操作数的地址 目的操作数的地址 结果操作数的地址 地址偏移量 程序转移到的下个地址
第4章 指令系统
指令操作码的扩展技术
例:某计算机模型有7条指令(I1-I7),它们在程序中 出现的概率用Pi表示,则可考虑下表所示的方案
指令
概率(%)
操作码
操作码长度(位)
I1
45
00

名词解释 指令系统

名词解释 指令系统

名词解释指令系统
指令系统是指计算机系统用于向计算机执行特定任务发出指令的一套规则
和机制。

指令系统是计算机硬件和软件的重要组成部分,决定了计算机能够做什么、如何执行特定任务。

指令系统由多个层次组成。

首先是汇编语言,它是用汇编语言编写的程序,
能够让计算机直接执行。

汇编语言通常使用简单的指令集,只涉及计算机寄存器和内存的使用,以及数据的操作。

接下来是高级语言,高级语言编写的程序需要通过编译器或解释器翻译成汇编语言或机器语言,才能被计算机执行。

高级语言通常使用更复杂的指令集,涉及更多的操作,例如文件读写、网络通信等。

指令系统还可以包括硬件指令和软件指令。

硬件指令是由计算机硬件直接控制的指令,例如CPU中的寄存器和内存。

软件指令是由操作系统和应用程序编写的指令,例如读写文件的指令,以及网络通信的指令。

指令系统的设计非常关键,它能够影响计算机系统的性能和效率。

优化指令系统可以提高计算机系统的处理能力和响应速度,也可以降低硬件成本和复杂度。

指令系统的错误或缺陷可能导致计算机系统出现错误或崩溃,因此必须保证指令系统的稳定性和可靠性。

指令系统是现代计算机系统的重要组成部分,对于计算机系统的性能和效率有着至关重要的作用。

第四章-指令系统PPT课件

第四章-指令系统PPT课件
指令系统中指令采用等长指令的优点:各种指令字长度是相等的,
指令字结构简单,且指令字长度是不变的 ;
采用非等长指令的的优点:各种指令字长度随指令功能而异,结
构灵活,能充分利用指令长度,但指令的控制较复杂 。
.
16
五、指令助记符
由于硬件只能识别1和0,所以采用二进制操作 码是必要的,但是我们用二进制来书写程序却 非常麻烦。
指令前缀 段取代 操作数长度取代 地址长度取代
操作码 Mod Reg或操作码 R/M S I B 位移量 立即数
.
19
七、 Pentium指令格式
指令前缀中的重复前缀指定串的重复操作,这样使 Pentium处理串比软循环快得多。
LOCK前缀用于多CPU环境中对共享存储器的排他性 访问
段取代用于改变默认段寄存器的情况
提供一个常数。
.
31
3、直接寻址
指令中地址码字段给出的地址A就是操作数的 有效地址EA(Effective Address),即EA=A。
.
32
3、直接寻址
操作数地址是不能修改的,与程序本身所在的位置 无关,所以又叫做绝对寻址方式
在早期的计算机中,主存储器的容量较小,指令中 地址码的位数要求不长,采用直接寻址方式简单快 速,也便于硬件实现,因此,常被作为主要的寻址 方式。
本章所讨论的指令,是机器指令。 一台计算机中所有机器指令的集合,称为这台计算机的指令系
统。 指令系统是表征一台计算机性能的重要因素,它的格式与功能
不仅直接影响到机器的硬件结构,而且也直接影响到系统软件, 影响到机器的适用范围
.
3
4.1 指令系统的发展与性能要求
3、发展情况
复杂指令系统计算机,简称CISC。但是如 此庞大的指令系统不但使计算机的研制周期 变长,难以保证正确性,不易调试维护,而 且由于采用了大量使用频率很低的复杂指令 而造成硬件资源浪费。
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形式上是BCD码时:
CY AC
调整原则
0
0
不调整
0
1
+06H
1
0
+60H
1
1
+66H
[例3-19] 编写程序完成78+93的BCD加法程序,并对调整 过程进行分析。 解:相应BDC加法程序为
ORG 3000H MOV A ,#78H;(A)←78H ADD A ,#93H;(A)←78H+93H=0BH , Cy=1 DA A SJMP $ END
这是重点——不同于高级语言
2、加法指令
不带进位的加法指令 带进位的加法指令 加 1 指令 二-十进制调整指令
1)不带进位的加法指令
ADD A,Rn ; (A)<--(A)+(Rn) ADD A, direct ;(A)<--(A)+(direct) ADD A,@Ri ;(A)<--(A)+((Ri)) ADD A,#data ;(A)<--(A)+#data
解:程序如下:
ORG MOV MOV MOV ADD MOV
2000H R0 ,#20H R1 ,#30H A ,@R0 A ,@R1 @R0 ,A
INC R0
INC R1 MOV A ,@R0 ADDC A ,@R1 MOV @R0 ,A
SJMP $
END
(21H) (20H) R0
+ (31H) (30H) R1
;取被加数低8位 ;求和的低8位
Cy(21H) (20H)
;存和的低8位 ;指向被加数高8位
ADDC ADD
;指向加数高8位
;取被加数高8位 运算结果
;求和的高8位 ;存和的高8位 ;停机
高8位存于21H单元, 低8位存于20H单元。
4、二-十进制调整指令
DA A
调整原则:
形式上非BCD码 需要加 06H、60H、66H调整
;(A)(A)+1 ;(Rn)(Rn)+1 ;(direct)(direct)+1 ;((Ri) )((Ri) )+1 ;(DPTR)(DPTR)+1
[例3-13] 设20H~21H单元存放一个16位二进制数X1(高8位存于21H 单元),30H~31H单元存放另一个16位二进制数X2(高8位存于31H单 元)。求X1+X2,和存于20H~21H,设两数之和不超过16位。
[例3-10] 试分析8031执行如下指令后累加器A和 PSW中各标志位的变化状况。
MOV A ,#9EH ;9EH =158 ADD A ,#71H ;71H =113
OV=C8⊕C7=1⊕1=0 Cy=1 Cy AC F0 RS1 RS0 OV - P 10 0 0 0 0 0 0
若把两个操作数看 成无符号数,Cy=1, 表示结果超出(0~ 255),运算结果为 10FH,即271;
3.3.3逻辑运算指令
例 3-23 3-24 3-25
3.3.4 位操作指令
例 3-27
注意:对PSW的影响
3.3.2 算数运算指令
1、加法指令
1)不带进位的加法指令 ADD
2)带进位的加法指令 ADDC
3)加1指令
INCபைடு நூலகம்
2、减法指令
1)带借位减法指令 SUBB
2)减1指令
DEC
3、乘法指令
MUL
4、除法指令
指令助记符
影响标志
指令助记符
影响标志
ADD (加) ADDC (带进位加) SUBB (带借位减)
Cy OV AC ××× ××× ×××
MUL (乘) DIV (除) DA (二十进制调整)
Cy OV AC 0× 0× ×
注意:P352附表2 INC 指令 和 DEC指令对Cy 没有影响 凡是A 累加器作目的操作数的指令均影响P标志
若把两个操作数看成 带符号数,OV=0, 无溢出,结果正确, (A)=0FH=15。
9EH=[-98]补
-98+113=15
2)带进位的加法指令
ADDC A,Rn ;(A)<--(A)+(Rn)+(C) ADDC A,direct ;(A)<--(A)+(direct) +(C) ADDC A,@Ri ;(A)<--(A)+((Ri)) +(C) ADDC A,#data ;(A)<--(A)+#data +(C)
Hebei University of Technology
河北省级精品课
课程名称:计算机硬件技术基础 课程内容:MCS-51单片机原理及应用 本讲内容: 专题四 MCS-51指令系统 主讲教师: 赵晓安
河北工业大学计算机科学与软件学院计算机基础教学部
本讲的教学目标和教学方法
教学目标:
使学生掌握MCS-51单片机指令的算数运算、逻 辑运算、位操作、控制转移指令,为后续学习计算程 序打好基础。
3.3.2 算术运算类指令
1、程序状态字 PSW
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 Cy AC F0 RS1 RS0 OV -- P
Cy:进位标志;布尔累加器 AC:辅助进位标志(半进位) F0:用户标志 RS1/RS0:寄存器选择 OV:溢出标志 P:奇偶标志
算术运算类指令对PSW的影响
执行结果: (A)=71H,考虑进位标志(Cy)=1,操作结果为171H。
教学方法:
1、比较法:与高级语言比较不同点 2、比喻法 3、启发式
重点、难点
重点: 1、算数运算指令 2、逻辑运算指令 3、位操作指令 4、控制转移指令
难点: 1、BCD码减法的调整; 2、位操作与字节操作的区别。 3、子程序调用与返回
本讲基本内容
3.3.2 算术运算指令:
例3-13 2个字节数求和 例 3-16 DEC 例 3-19 例 3-20 (统招)
[例3-12] 设(A)=0AAH,(R0)=55H,Cy=1,执行 指令ADDC A,R0,求 (A),Cy,AC,OV,P,(PSW)
解:竖式:
1
1 (A)=00H,Cy=1,AC=1,OV=0,P=0 (PSW)=11000000B=0C0H
3、加 1 指令
INC A INC Rn INC direct INC @Ri INC DPTR
DIV
5、二—十进制调整指令 DA A
3.3.3 逻辑运算指令
3.3.4 位操作指令
1、逻辑“与”、“或”、“异或” 1、位传送指令
指令
MOV
ANL 、ORL、XRL
2、位变量修改指令
2、移位指令
CLR、SETB、CPL
RL、RLC、RR、RRC
3、位逻辑运算指令
3、清零、取反指令
ANL、ORL
CLR、CPL
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