课件：第5部分：指令系统

存储数据发送源的内在 地址 存储数据发送目标的内 在地址 存储数据存储领域基点 的内存地址 存储栈中最高位数据的 内存地址
第5部分 指令系统（北理珠本末终始）
第5部分 指令系统（北理珠本末终始）
Windows16位debug程序命令： a：汇编 g：运行。g=100(从100地址处开始执行) e：查看修改内存单元值 u：反汇编 d：显示内存信息 r：显示寄存器信息 q：退出debug程序 1.立即寻址 mov ax, 1 add ax, 2 int 3 4.寄存器间址 mov bx, 200 mov ax, 1 add ax, [bx] int 3 5.变址寻址 ... add ax, [bx+2] 6.基址变址寻址 ... add ax, [bx][si] 7.栈寻址 push ax pop bx
mov SI，200 mov [SI]，AX ;将200放入SI寄存器 ;将AX值放入内存200的位置
◦ 优点：访问内存时不需要在指令中定义完整的地址。而且在 指令执行的时候，可修改寄存器达到访问不同内存的目的。 ◦ 缺点： ◦ EA=(R) OP MOD R OP MOD R 寄存器 主存
◦ 扩展操作码技术用于“可变长度操作码”
0000 4位操作码 0001 … 1110 1111 8位操作码 1111 … 1111 1111 12位操作码 1111 … 1111 1111 16位操作码 1111 … 1111 A1 A1 … A1 0000 0001 … 1110 1111 1111 … 1111 1111 1111 … 1111 A2 A2 … A2 A1 A1 … A1 0000 0001 … 1110 1111 1111 … 1111 A3 A3 … A3 A2 A2 … A2 A1 A1 … A1 0000 0001 … 1111 16条 0地址指令 15条 一地址指令 15条 二地址指令
10. 堆栈寻址
寻址方式(address mode)
5.
寄存器间接寻址(Register Indirect Addressing)
◦ 操作数来自内存或要去内存，但它的地址不像直接寻址那样 写在指令中，而是保存在寄存器中。通常将这样的地址称为 指针(pointer)。 ◦ 8086中的BX、BP、SI、DI可用于寄存器间接寻址 MOV [R1] R2 MOV [R1] R2 ◦ 示例：
5. 6. 7.
不同型号的CPU有不同的指令系统 高级语言编写的程序要经过“编译”或“解释”成为与 指令形式对应的机器语言后才能运行。 汇编语言面向机器的语言，与具体机器的指令系统相关 第5部分 指令系统（北理珠本末终始）
指令格式

操作码+操作数
◦ 操作码：动作（做什么） ◦ 操作数：定义操作数的来源（也就是它们 的地址）（术语：寻址addressing）
指令系统层(ISA)
通过微程序或硬件 执行指令系统层程序
软件 硬件
硬件
引自AST《计算机结成：结构化方法》本末终始2016-5
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指令系统概述
1.
2.
3.
4.
定义：一台计算机所有指令的集合，即计算机所能执行的全 部操作，是计算机硬件的语言系统。既为硬件设计者提供最 基本的硬件电路功能设计的依据，也为软件设计者提供最底 层的程序设计语言 指令：指示计算机执行某种操作的命令。 指令字：代表指令的一组二进制信息 指令字长：一条指令中所包含的二进制码的位数。
mov AX，4 ;将4存入AX寄存器的立即寻址指令
◦ 优点：取操作数时不用额外的内存访问 ◦ 缺点：只有常数才能使用这种方式。另外，数的大小要受地 址字段大小的限制。适合小的整形常量。 ◦ 有效地址EA：无
OP OP MOD MOD A A
操作数
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寻址方式(address mode)
◦ 通过一个给定的寄存器(显示或隐式)(变址寄存器)加上一个 常数偏移量(变址偏移量)来进行内存寻址的方式。 ◦ 通过“变址寄存器”内容变化访问不同或顺序的主存地址 ◦ 示例：
mov AX，[BX+2] ;将BX中的值+2的内存内容送AX
◦ 优点：适合数组和字符串运算与处理 ◦ 缺点： ◦ EA=(Ri)+A
2.
直接寻址(Direct Addressing)
◦ 指定位于内存中的操作数的一种方法，给出它的 完整地址。 R1 内存地址 MOV R1 内存地址 ◦ 示例： MOV
mov AX，[200] ;将内存[200]处的数据存入AX寄存器
◦ 优点：适合访问全局变量，因为全局变量的地址 在编译阶段是已知的。 ◦ 缺点：永远是同一个内存地址，不方便修改。 ◦ 有效地址EA＝形式地址A
mov AX，[BX][SI] ;将BX和SI的值相加的内存内容送AX
◦ 优点：灵活 ◦ 缺点： ◦ EA＝(Rb)+(Ri)+A
OP OP
MOD MOD
R Rb b
R Rii
;1+2
寻址方式分类

指令寻址
1. 2. 顺序寻址方式
利用PC(程序计数器)自动加1，形成下一条指令
跳跃寻址方式
利用转移指令（如，jmp 200）

数据寻址
◦ 形式地址A（通常不代表真实地址），有效地址EA（真实地址） 1. 立即寻址，无有效地址
操作码 操作码 寻址特征 寻址特征
指令格式
形式地址 形式地址A A
2.
3. 4. 5. 6. 7. 8.
直接寻址，EA=A
间接寻址，EA=(A) 寄存器寻址，EA=R 寄存器间接寻址，EA=(R) 变址寻址，EA=(Ri)+A 基址寻址，EA=(Rb)+A 基址变址寻址，
//A存储单元的内容 //R寄存器的内容作为有效地址
9.
相对寻址，
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OP OP MOD MOD R Rii A A 寄存器 R0 R1 ... 变址值 ... 主存
A
... 操作数 ...
变址值
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寻址方式(address mode)
7.
基址寻址(Based Addressing)
◦ 将一个基址寄存器的内容加上指令中的地址码(位移量)形成 操作数的有效地址。 ◦ 与“变址寻址”相似，不同处是：基址寻址将起始基准地址 放在寄存器中。 ◦ 优点：适合于多用户系统，操作系统为每个用户进程分配一 个基地址，方便地址重定位。 ◦ 缺点： ◦ EA=(Rb)+A
mov AX，BX ;将BX的数据存入AX寄存器
◦ 优点：寄存器速度快且地址短。 ◦ 缺点： ◦ EA=R OP MOD OP MOD
R R
寄存器 R0 R1 ... 操作数 ...
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寻址方式(address mode)
6.
变址寻址(Indexed Addressing)
OP OP MOD MOD A A 主存
... 操作数 ...
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寻址方式(address mode)
3.
间接寻址(Indirect Addressing)
◦ 指令地址码字段给出存储操作数地址的主存单元 地址。 ◦ 有效地址EA＝（形式地址A）
OP OP MOD MOD A A 主存 ... EA ... 操作数 ...
OP OP MOD MOD R Rb b A A 寄存器 R0 R1 ... 基址值 ... 主存
基址值
... 操作数 ...
A
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寻址方式(address mode)
8.
基址变址寻址(Based-indexed Addressing)
◦ 用两个寄存器和一个偏移量（可选）相加的结果寻址。其中 一个寄存器存储基地址，另一个存变址。 ◦ 示例：

一地址指令
◦ 地址码即是源也是目的操作数地址 ◦ 事先约定由寄存器（如累加器）提供

二地址指令
◦ 对两个地址提供的操作数执行后，将结果存入第一个地址中 。第一个地址即是源也是目的操作数地址

三地址指令
◦ 将前两个地地址：即可是主存地址也可是寄存器
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第5部分 指令系统（北理珠本末终始）
X86系列CPU的主要寄存器
寄存器名 名称 eax 累加寄存器 ebx ecx edx esi edi ebp esp 基址寄存器 计数寄存器 数据计数器 源基址寄存器 目标基址寄存器 扩展基址指针寄存器 扩展栈指针寄存器
主要功能
运算 存储内存地址 计算循环次数 存储数据
◦ ◦ ◦ ◦ ◦ 机器字长：计算机能直接处理的二进制数据的位数，决定了计算 机运算的精度。 单字长指令：指令字长=机器字长 双字长指令：指令字长=2*机器字长 指令分：半字长、单字长、双字长、三字长指令。通常将常用指 令设计成短字长指令，以便节省存储空间。 INTEL指令字长：1、2、3、4、5、6字节
R0 R1 ... EA ... ... 操作数 ...
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寻址方式(address mode)
操作数从哪里来。在寻找操作数时如何解释地址字 段。 1. 立即寻址（Immediate Addressing）

◦ 指令包括操作数本身，而不是操作数地址或其它的描述操作 数位置的信息。这样的操作数称为立即数。因为它的指令取 指的时候就被自动从内存中取出。 R1 4 MOV R1 4 ◦ 示例： MOV
Give:操作码；me和money操作数
◦ 可有多个操作数，用“，”分隔