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第7章--指令系统

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《计算机组成原理》唐朔飞第二版_笔记

《计算机组成原理》唐朔飞第二版_笔记

《计算机组成原理》唐朔飞第⼆版_笔记第1章概论1，计算机系统的软硬件概念1）硬件：计算机的实体部分，它由看得见摸得着的各种电⼦元器件，各类光、电、机设备的实物组成，如主机、外部设备等。

2）软件：由⼈们事先编制的具有各类特殊功能的程序组成，分为系统软件和应⽤软件。

①系统软件⼜称为系统程序，主要⽤来管理整个计算机系统，监视服务，使系统资源得到合理的调度，⾼效运⾏。

它包括：标准程序库、语⾔处理程序（编译程序）、操作系统、、服务程序（如诊断、调试、连接程序）、数据库管理系统、⽹络软件等。

②应⽤软件⼜称应⽤程序，它是⽤户根据任务需要所编制的各种程序，如科学计算程序、数据处理程序、过程控制程序、实物管理程序。

2、计算机系统的层次结构：1）硬联逻辑级：第零级是硬联逻辑级，这是计算机的内核，由门，触发器等逻辑电路组成。

2）微程序级：第⼀级是微程序级。

这级的机器语⾔是微指令集，程序员⽤微指令编写的微程序，⼀般是直接由硬件执⾏的。

3）传统机器级：第⼆级是传统机器级，这级的机器语⾔是该机的指令集，程序员⽤机器指令编写的程序可以由微程序进⾏解释。

操作4）系统级：第三级是操作系统级，从操作系统的基本功能来看，⼀⽅⾯它要直接管理传统机器中的软硬件资源，另⼀⽅⾯它⼜是传统机器的延伸。

5）汇编语⾔级：第四级是汇编语⾔级，这级的机器语⾔是汇编语⾔，完成汇编语⾔翻译的程序叫做汇编程序。

6）⾼级语⾔级：第五级是⾼级语⾔级，这级的机器语⾔就是各种⾼级语⾔，通常⽤编译程序来完成⾼级语⾔翻译的⼯作。

7）应⽤语⾔级：第六级是应⽤语⾔级，这⼀级是为了使计算机满⾜某种⽤途⽽专门设计的，因此这⼀级语⾔就是各种⾯向问题的应⽤语⾔。

把计算机系统按功能分为多级层次结构，就是有利于正确理解计算机系统的⼯作过程，明确软件，硬件在计算机系统中的地位和作⽤。

3、计算机组成和计算机体系结构1）计算机体系结构：是指那些能够被程序员所见到的计算机系统的属性，即概念性的结构与功能特性。

西安电子科技大学_计算机组成原理第7章输入输出IO系统_课件PPT

西安电子科技大学_计算机组成原理第7章输入输出IO系统_课件PPT
9
7.2 外部设备：习题
设一个磁盘盘面共有200个磁道，盘面总存储容量 60MB，磁盘旋转一周的时间为25ms，每磁道有8个扇 区，各扇区间有一间隙，磁头通过每个间隙需1.25ms。 则磁盘通道所需最大传输率是_____。
A. 10MB/s
B. 60MB/s
C. 83.3MB/s D. 20MB/s
14
7.3 I/O接口(I/O控制器)：习题
在统一编址的情况下，就I/O设备而言，其对应的I/O 地址说法错误的是_____。 A. 要求固定在地址高端 B. 要求固定在地址低端 C. 要求相对固定在地址的某部分 D. 可以随意在地址的任何地方
7 第 章 输入输出(I/O)系统
7.4 I/O方式
2021年9月3日 21:40:22
7.4 I/O方式
程序查询方式 实现简单；CPU与I/O设备只能串行工作。
程序中断方式 中断的基本类型 按中断源的位置： 内中断 外中断 如何得到中断服务程序的入口地址： 向量中断: 由中断事件自己提供(硬件向量法) 非向量中断：由CPU查询得到(软件查询法)
19
7.4 I/O方式
程序中断方式
中断的过程：
中断请求：由中断源发出
中断响应：每条指令执行阶段结束前，未屏蔽
断点保护（硬件完成） 中断判优
PUSH PSW 关中断: IF=0; TF=0
中断源识别
PUSH CS
获得中断服务程序首地址 PUSH IP
中断处理
PUSH regs STI （选） 中断处理
一台字符显示器的VRAM中存放的是_____。
A. 显示字符的ASCII码
B. BCD码
C. 字模
D. 汉字内码

计算机组成原理(第2版)--唐朔飞

计算机组成原理(第2版)--唐朔飞
1.1 计算机系统简介 1.2 计算机的基本组成
1.3 计算机硬件的主要技术指标
1.4 本书结构
1.1 计算机系统简介
一、 计算机的软硬件概念
1. 计算机系统
计 算 机 系 统
硬件 计算机的实体， 如主机、外设等 软件 由具有各类特殊功能 的信息（程序）组成
1.1
系统软件 用来管理整个计算机系统
计算机组成原理
第２版
唐朔飞
高 等 教 育 出 版 社 高等教育电子音像出版社
为配合由高等教育出版社出版的面向21世纪课程教材《计算机组成原理》 教学和自学的需要，随书出版了《计算机组成原理》配套课件。为了配合该教 材的第２版，本课件在保留原课件特色的基础上，做了相应的补充和修改。 该课件与《计算机组成原理》第２版教材在体系上完全一致，它以课堂教 学为依托，帮助读者边阅读边思考，通过点击鼠标，逐行显示精练的文字和简 明的图表，既可从文稿中对教材的重点和难点加深理解，又可从视图中看到动 画演示效果，形象地理解各种电路的工作原理和设计思路。
ALU
CU
CPU 内部互连
寄存器
1.4 本书结构
计算机
存储器
I/O
第４篇 CU
系统总线
CPU
中央处理器 控制单元
ALU
CU
CPU 内部互连
排队 逻辑
寄存器 和解码器
寄存器
控制 存储器
第２章 计算机的发展及应用
2.1 计算机的发展史 2.2 计算机的应用 2.3 计算机的展望
2.1 计算机的发展史
2.1
40 000
速度 /（次/秒）
200 000 1 000 000
四
五
10 000 000 100 000 000

第7章S7300和S7400PLC系统配置及编程

第7章S7300和S7400PLC系统配置及编程

第14页，共27页。
返回
S7-300和S7-400 PLC具有350多条指令，其中包括 STEP 5指令和集成在S7 CPU中的系统功能和功能 块，这些系统中集成的标准块可以在STEP 7编程 软件中被用户程序调用。以下主要介绍S7-300和 S7-400指令系统的一些基本概念和STEP 7的基本 指令。
执行输出控制动作。完毕后转第2步重新开始 循环扫描。
第24页，共27页。
返回
7.3.5 编程的基本方法和步骤
创建项目和硬件组态。激活SIMATIG管理器
（SIMATIG Manager），在新建项目窗口输入新项 目名称。
符号编辑。点击symbols图标，进入符号编辑器，可
以对全局变量命名，这样做的目的是增加程序的可读 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ。
第16页，共27页。
返回
7.2.1 基本概念
寻址方式。操作数是指令操作或运算的对象，指令取得
操作数的方式称为寻址方式，S7-300/400有4种寻址方 式：立即寻址、直接寻址、存储器间接寻址、寄存 器间接寻址。
状态字寄存器如下图所示：
第17页，共27页。
7.2.2 基本指令
限于篇幅，本小节主要介绍位逻辑指令、定时器、 计数器等基本指令：
第12页，共27页。
返回
7.1.8 S7-300的I/O编址
模拟量I/O地址的确定 ： ➢ S7-300对各个机架上槽位的模拟I/O默认地址。 在SM区（4～11号槽位）的每个槽位上，CPU为 每个模拟量模块分配了16个字节的地址，允许 最多8路模拟I/O，每个模拟量I/O的地址都是 用1个字来表示的。实际使用时是根据具体的 模块来确定实际的地址范围的，例如0号机架 的4号槽位，如果安装的是两通道模拟输入I/O， 则实际用到的地址是IW256、IW258。

plc第七章7.基本指令及应用

plc第七章7.基本指令及应用

逻辑堆栈指令


S7-200可编程序控制器使用一个逻辑堆栈来 分析控制逻辑，用语句表编程时要根据这一堆 栈逻辑进行组织程序，用相关指令来实现堆栈 操作，用梯形图和功能框图时，程序员不必考 虑主机的这一逻辑，这两种编程工具自动地插 入必要的指令来处理各种堆栈逻辑操作。 S7-200可编程序控制器的主机逻辑堆栈结构如 表7-1所示。
基本逻辑指令

基本逻辑指令一般指位逻辑指令、定时器指令 及计数器指令。位逻辑指令又含触点指令、线 圈指令、逻辑堆栈指令、RS触发器指令等。这 些指令处理的对象大多为位逻辑量，主要用于 逻辑控制类程序中。
位逻辑指令



1.标准触点指令 标准触点指令有LD、LDN、A、AN、O、ON、NOT、 =指令（语句表）。这些指令对存储器位在逻辑堆栈 中进行操作。 由于堆栈存储单元数的限制，语句表中A、O、AN、 ON指令最多可以连用有限次。同样，梯形图中，最多 一次串联或并联的触点数也有一定限制，功能框图中 AND和OR指令盒中输入的个数也不能超过这个范围 标准触点指令中如果有操作数，则为BOOL型，操作 数的编址范围可以是：I、Q、M、SM、T、C、S、 VL。
//装入常开触点 //或常开触点 //被串的块开始 //被并路开始 //与常开触点 //栈装载或，并路结束 //栈装载与，串路结束 //输出触点 //装入常开触点 //逻辑推入栈，主控 //与常开触点 //输出触点 //逻辑读栈，新母线 //装入常开触点 //或常开触点 //栈装载与 //输出触点 //逻辑弹出栈，母线复 //装入常开出触点 //或常开触点 //栈装载与 //输出触点

5、LRD（逻辑读栈指令）Logic Read LRD，逻辑读栈指令。把堆栈中第二级的值复 制到栈顶。堆栈没有推入栈或弹出栈操作，但 原栈顶值被新的复制值取代。在梯形图中的分 支结构中，当左侧为主控逻辑块时，开始第二 个和后边更多的从逻辑块。应注意，LPS后第 一个和最后一个从逻辑块不用本指令。

ch07-MCS51指令系统

ch07-MCS51指令系统

18
7)位寻址
位寻址是对片内RAM的位寻址区和某些可位寻址的 特殊功能寄存器进行位操作的寻址方式。 例： MOV C，3AH
位寻址范围包括： （1）内部RAM中的可位寻址区 字节地址20-2FH，128个位，位地址00-7FH （2）SFR的可寻址位 可位寻址的SFR有11个，字节地址能被8整除
19
一个专用寄存器的寻址位在指令中的表示方法：
①直接使用位地址 SETB D5H SETB F0 SETB D0.5 SETB PSW.5
②使用位名称
③单元地址加位数 ④专用寄存器符号加位数
例如：要对PSW的第5位进行置1操作。
20
例题
例1.说明下列指令的寻址方式。
MOV A，R7 ；寄存器寻址方式 ；直接寻址方式 ；立即寻址方式
3
1、书写格式
每个程序行只能写一条指令。 指令的书写格式：
[标号：] 助记符 [操作数1]，[操作数2]，[操作数3]
[；注释]
标号代表所在行的地址，以字母开头，最多31个字符（字母 或数字），后面跟冒号。 操作数的数目由指令功能决定，有的指令不需要操作数。 两个操作数的情况比较多，常写成如下：
寄存器间接寻址 （@DPTR） （外部RAM的0~64KB）
MOV A, #80H
MOVX @DPTR,A
MOV R0, #01H 外部数据存储器传送操作
MOV P2，#00H
MOV A, #80H MOVX @R0,A
34
MOV A, @Ri MOV @Ri, A
MOV A, @DPTR MOV @DPTR, A
MOV MOV
A，
Rn,
@Ri
@Ri @Ri
direct， @Ri

课后习题六(第七章)

课后习题（第七章）1、为了缩短指令中地址码的位数，应采用（ B ）寻址。

A、立即数B、寄存器C、直接D、间接2、指令系统中采用不同寻址方式的目的主要是（ B ）A. 可降低指令译码难度B. 缩短指令字长、扩大寻址空间、提高编程灵活性C. 实现程序控制D. 提高指令执行速度3、零地址运算指令在指令格式中不给出操作数地址，它的操作数来源自（ C ）A. 立即数和栈顶B. 暂存器C. 栈顶或隐含约定的位置D. 存储器4、单地址指令中，为完成两个数的算术运算，除地址译码指明的一个操作数外，另一个数常采用（ C ）A. 堆栈寻址方式B. 立即寻址方式C. 隐含寻址方式D. 基址寻址方式5、二地址指令中，操作数的物理位置安排，描述正确的是（ C ）A. 两个主存单元（且依然在现指令系统中采用）B. 栈顶和次栈顶C. 主存单元或寄存器D. 两个同时为寄存器不允许使用6、操作数在寄存器中的寻址方式称为（ C ）寻址A. 直接B. 立即C. 寄存器直接D. 寄存器间接7、寄存器间接寻址方式中，操作数在（ C ）A. 通用寄存器B. 堆栈C. 主存单元D. I/O外设中8、变址寻址方式中，操作数的有效地址是（ C ）A. 基址寄存器内容加上形式地址B. 程序计数器内容加上形式地址C. 变址寄存器内容加上形式地址D. 形式地址本身9、采用基址寻址可扩大寻址范围，且（ B ）A. 基址寄存器内容由用户确定，在程序执行过程中一般不可变B. 基址寄存器内容由操作系统确定，在程序执行过程中一般不可变C. 基址寄存器内容由用户确定，在程序执行过程中可随意变化D. 基址寄存器内容由操作系统确定，在程序执行过程可随意变化10、变址寻址和基址寻址的有效地址形成方式类似，但是（ C ）A. 变址寄存器内容在程序执行过程中是不可变的B. 在程序执行过程中，变址寄存器和基址寄存器的内容可以随意变化C. 在程序执行过程中，变址寄存器的内容可随意变化D. 以上均不对11、堆栈寻址中，设A为累加器，SP为栈顶指针，[SP]为其指向的栈顶单元，如果进栈的动作顺序是（SP）－1→SP，（A）→[SP]，那么出栈的动作顺序是（ A ）A. [SP] →（A），（SP）＋1→SPB. （SP）＋1→SP，[SP] →（A）C. （SP）－1→SP，[SP] →（A）D. [SP] →（A），（SP）－1→SP12、设变址寄存器为X，形式地址为D，某机具有先变址再主存间址的寻址方式，则这种寻址方式的有效地址为（ C ）A. EA＝（X）＋DB. EA＝（X）＋（D）C. EA＝（（X）＋D）D. EA＝（（X））＋D13、设变址寄存器为X，形式地址为D，某机具有先主存间址再变址的寻址方式，则这种寻址方式的有效地址为（ B ）A. EA＝（X）＋DB. EA＝（X）＋（D）C. EA＝（（X）＋D）D. EA＝（（X））＋D14、运算型指令的寻址和转移类指令的寻址不同点在于（ A ）A. 前者取操作数，后者决定程序转移地址B. 前者计算转移地址，后者取操作数C. 前者是短指令，后者是长指令D. 前者是长指令，后者是短指令15、指令的寻址方式有顺序和跳跃两种，采用跳跃寻址方式可以实现（ C ）A. 程序的条件转移B. 程序的无条件转移C. 程序的条件转移和无条件转移D. 以上均不对16、设相对寻址的转移指令占两个字节，第一个字节是操作码，第二个字节是相对位移量（补码表示），若CPU每当从存储器取出一个字节时，即自动完成（PC）＋1 PC。

计算机组成与系统作业

第1章计算机系统概述作业1、什么是计算机系统？说明计算机系统的层次结构。

2、什么是主机？什么是CPU？什么是存储器？简述它们的功能。

3、计算机的硬件指标有哪些？4、解释英文缩写的含义：MIPS、CPI、FLOPS。

5、什么是机器字长、指令字长、存储字长？第3章系统总线1、解释下列概念（1）总线（2）系统总线（3）通信总线（4）总线主设备（5）总线从设备（6）总线仲裁2、什么是总线通信控制？为什么需要总线通信控制？3、什么是总线标准？为什么要制定总线标准？4、在高档PC机中，流行使用三总线(系统总线、PCI总线、ISA总线)结构。

说明这三种总线的连接关系，并举例说明每组总线上所连接的部件。

5、某总线在一个总线周期中可并行传送8个字节数据。

假设一个总线周期等于一个时钟周期，总线的时钟周期频率为66MHz，求总线的带宽。

第4章存储器1、试比较主存、辅存、缓存、控存、虚存。

2、试比较RAM和ROM。

3、试比较静态RAM和动态RAM。

4、名词解释：存取周期、存取时间、存储容量。

5、什么是存储密度？什么是数据传输率？6、存储器的主要功能有哪些？如何衡量存储器的性能？为什么要把存储系统分成若干不同的层次？主要有哪些层次？每层由什么存储介质实现？7、什么是刷新？刷新有几种方式？简要说明之。

8、简述主存的读/写过程。

9、提高存储器的速度可采取哪些措施？简要说明之。

10、设有16个固定磁头的磁盘，每磁道存储容量为62500B，磁盘驱动器转速为2400rpm，试求最大数据传输率。

11、什么是“程序访问的局部性”？存储系统中哪一级采用了程序访问的局部性原理？12、试比较Cache管理中各种地址映像的方法。

13、在Cache管理中，当新的主存块需要调入Cache时，有几种替换算法？各有何特点？哪种算法平均命中率高？14、设CPU共有16根地址线、8根数据线，并用MREQ作为访存控制信号(低电平有效)，用WR作为读/写控制信号(高电平为读，低电平为写)。

第七章 指令系统

第7章指令系统（一）选择题1.二地址指令中，操作数的物理位置可安排在（可多选）A.两个主存单元 B 两个寄存器C一个主存单元和一个寄存器 D 栈顶和次栈顶2.寄存器间接寻址方式中，操作数在A.通用寄存器B.堆钱 C 主存单元3.基址寻址方式中，操作数的有效地址是A.基址寄存器内容加上形式地址(位移量)B.程序计数器内容加上形式地址c.变址寄存器内容加上形式地址4.采用基址寻址可扩大寻址范围，且A.基址寄存器内容由用户确定，在程序执行过程中不可变B.基址寄存器内容由操作系统确定，在程序执行过程中不可变c.基址寄存器内容由操作系统确定，在程序执行过程中可变5.变址寻址和基址寻址的有效地址形成方式类似，但是A.变址寄存器的内容在程序执行过程中是不可变的B.在程序执行过程中，变址寄存器、基址寄存器和内容都是可变的C.在程序执行过程中，基址寄存器的内容不可变，变址寄存器中的内容可变6.堆找寻址方式中，设A为累加器，SP为堆楼指示器，Msp为SP指示的钱顶单元，如果进栈操作的动作顺序是(A)→Msp，(SP)-1→SP，那么出栈操作的动作顺序应为A. (Msp)→A，(SP) +1→SPB. (SP) +1→SP，(Msp)→AC. (SP)-1→SP，( Msp)→A7.设变址寄存器为X，形式地址为D，某机具有先变址再间址的寻址方式，则这种寻址方式的有效地址为A. EA=(X)+DB. EA=(X)+(D)C. EA=((X)+D)8. IBM PC中采用了段寻址方式，在寻访一个主存具体单元时，由一个基地址加上某寄存器提供的16位偏移量来形成20位物理地址。

这个基地址由来提供。

A.指令中的直接地址(16位)自动左移4位B. CPU中的四个16位段寄存器之一自动左移4位C. CPU中的累加器(16位)自动左移4位9.指令的寻址方式有顺序和跳跃两种，采用跳跃寻址方式可以实现A.程序浮动B.程序的无条件转移和浮动C.程序的条件转移和无条件转移10.扩展操作码是A.操作码字段以外的辅助操作字段的代码B.指令格式中不同字段设置的操作码C.一种指令优化技术，即让操作码的长度随地址数的减少而增加，不同地址数的指令可以具有不同的操作码长度11.设相对寻址的转移指令占两个字节，第一字节是操作码，第二字节是相对位移量(用补码表示)，若CPU每当从存储器取出一个字节时，即自动完成(PC)+1→PC，设当前PC的内容为2000H，要求转移到2008H地址，则该转移指令第二字节的内容应为A. 08HB. 06 HC.0AH12.设相对寻址的转移指令占两个字节，第一字节是操作码，第二字节是相对位移量(用补码表示)，若CPU每当从存储器取出一个字节时，即自动完成(PC)+ 1→PC 设当前PC的内容为2009H，要求转移到2000H地址，则该转移指令第二字节的内容应为A. F5HB. F7HC. 09H13.设相对寻址的转移指令占两个字节，第一字节是操作码，第二字节是相对位移量(可正可负)，则转移的地址范围是A. 255B. 256C. 25414.直接、间接、立即三种寻址方式指令的执行速度，由快至慢的排序是A.直接、立即、间接B.直接、间接、立即C.立即、直接、间接15.为了缩短指令中地址码的位数，应采用寻址。

第7章 S7-200系列PLC基本指令


第7章 S7－200系列PLC基本指令 S7－200系列PLC基本指令
3. 边沿触发指令（脉冲生成） 边沿触发指令（脉冲生成） (1) EU（Edge Up）:上升沿微分输出指令。 (2) ED（Edge Down）:下降沿微分输出指令。
第7章 S7－200系列PLC基本指令 S7－200系列PLC基本指令
例7-10 断电延时型定时器应用示例
第7章 S7－200系列PLC基本指令 S7－200系列PLC基本指令
7.1.4 定时器指令
应当注意：对于S7-200系列PLC的定时器，时基分别为1ms、 应当注意 10ms、100ms定时器的刷新方式是不同的。1ms时基定时器，每隔 1ms定时器刷新一次当前值，与扫描周期和程序处理无关，扫描周期较 长时，定时器在一个周期内可能多次被刷新，其当前值在一个周期内不 一定保持一致；10ms定时器，在每个扫描周期开始时刷新，在每个扫 描周期内，当前值不变；100ms定时器在该定时器指令执行时被刷新。
第7章 S7－200系列PLC基本指令 S7－200系列PLC基本ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ令
7.1.1 基本位操作指令
基本逻辑指令的语句表由指令助记符和操作数两部分组成，操作数 由可以进行位操作的寄存器元件及地址组成。常用位操作指令助计符的 定义如下所述： （1）LD（Load）：装载指令，对应梯形图从左侧母线开始，连接常开 触点。 （2）LDN（Load Not）：装载指令，对应梯形图从左侧母线开始，连 接常闭触点。 （3）A（And）：与操作指令，用于常开触点的串联。 （4）AN（And Not）：与操作指令，用于常闭触点的串联。 （5）O（Or）：或操作指令，用于常开触点的并联。 （6）ON（Or Not）：或操作指令，用于常闭触点的并联。 （7）=（Out）：置位指令，线圈输出。
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– 计算机除了做算数运算外，有时还需做逻辑运算 ，此时n个0和1的组合不是被看做算数数字，而 是被看做逻辑数。
– 如在ASCII码中的0110101，它表示十进制数5， 若要将它转换为NBCD短十进制码，只需要通过 它与逻辑数0001111完成逻辑与运算，抽取低4位 ，即可获得0101。
– 此外，有时希望存储一个布尔类型的数据，它们 的每一位都代表着真（1）和假（0），这时n个0 和1组合的数就都被看做逻辑数。
(A1) OP (A2) A3
(2) 三地址
8
8
88
OP A1 A2 A3
(A1) OP (A2) A3
7.1
设指令字长为 32 位 操作码固定为 8 位 4 次访存 寻址范围 26 = 64 若 PC 代替 A4
4 次访存 寻址范围 28 = 256
若 A3 用 A1 或 A2 代替
(3) 二地址
• 可减少访存次数
➢ 当指令的地址字段为寄存器时
三地址 OP R1, R2, R3 二地址 OP R1, R2 一地址 OP R1 • 可缩短指令字长 • 指令执行阶段不访存
7.2 操作数类型和操作种类
一、操作数类型 ➢ 机器中常见的操作数类型有地址、 数字、字符、逻辑数据等。 ➢ （1）地址 地址也可看做是一种数据，在许多 情况下要计算操作数的地址。这时地 址可以被认为是一个无符号的整数。
边界对准
地址（十进制）
字（地址 0）
0
字（地址 4）
4
字节（地址11） 字节（地址10） 字节（地址9） 字节（地址8）
8
字节（地址15） 字节（地址14） 字节（地址13） 字节（地址12） 12
半字（地址18）✓
半字（地址16） ✓
16
半字（地址22）✓
半字（地址20） ✓
20
双字（地址24）▲
2. 指令字长 可变
– 随着计算机的发展，存储容量的增大，要求处 理的数据类型增多，计算机的指令字长也发生 了很大变化。一台机器的指令系统可以采用位 数不同的指令，即指令字长是可变的，如单字 长指令、多字长指令。
– 控制这类指令的电路比较复杂，而且多字长指 令要多次访问存储器才能取出一条完整的指令， 因此使CPU的速度下降。
一、指令的一般格式
操作码字段 地址ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ字段
1. 操作码
➢ 反映机器做什么操作，如加法、减法、传送、移 位、转移等。
➢ 通常，其位数反映了机器的操作种类，也即机器 允许的指令条数，如操作码占7位，则该机器最 多包含27=128条指令。
➢ 操作码的长度可以是固定的，也可以是变化的。
(1) 长度固定
– 将操作码集中放在指令字的一个字段内（指 令规整，译码简单）
24
双字
28
双字（地址32）▲
32
双字
36
➢ 图中所示的存储字长为32位，可按字节、半字、字、双字访 问。在对准边界的32位字长的计算机中，半字地址是2的整 数倍，字地址是4的整数倍，双字地址是8的整数倍。当所存 数据不能满足此要求时，可填充一个至多个空白字节。而字 节的次序有两种。
字地址
0 3210 4 7654
如奔腾处理器的数据类型有逻辑数、有符号数（补 码）、无符号数、压缩和未压缩的BCD码、地址指 针、位串、字符串以及浮点数等。
二、数据在存储器中的存放方式
– 通常计算机中的数据存放在存储器或寄存器中， 而寄存器的位数便可反映机器字长。
– 一般机器字长可取字节的1、2、4、8倍，这样 便于字符处理。在大、中型机器中字长为32位 和64位，在微型计算机中字长从4位、8位逐渐 发展到目前的16位、32位和64位。
第七章 指 令 系 统
7.1 机器指令 7.2 操作数类型和操作类型 7.3 寻址方式 7.4 指令格式举例 7.5 RISC 技术
7.1 机器指令
1、指令系统基本概念 指令：就是要计算机执行某种操作的命令。
从计算机组成的层次结构来说，计算机的指 令有微指令、机器指令和宏指令之分。微指 令是微程序级的命令，它属于硬件；
4. 转移
(1) 无条件转移 JMP
(2) 条件转移
结果为零转 （Z = 1） JZ 结果溢出转 （O = 1）JO 结果有进位转（C = 1）JC 跳过一条指令 SKP
如 300
完成触发器
…
305 SKP DZ D = 0 则跳 306 307
(3) 调用和返回
地址 2000
2100 2101
主程序 CALL SUB1
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 。
小结
7.1
➢ 当用一些硬件资源代替指令字中的地址码字段后
• 可扩大指令的寻址范围
• 可缩短指令字长
（3）扩展操作码技术
– 操作码长度不固定会增加指令移码和分析的 难度，使控制器的设计复杂。通常采用扩展 操作码技术，使操作码的长度随地址数的减 少而增加，不同地址数的指令可以具有不同 长度的操作码，从而在满足需要的前提下， 有效地缩短指令字长。
操作码的位数随地址数的减少而增加
7.1
4 位操作码 8 位操作码 12 位操作码 16 位操作码
2. 地址码
– 地址码用来指出该指令源操作数的地址（一 个或两个）、结果的地址以及下一条指令的 地址。这里的“地址”可以是主存的地址， 也可以是寄存器的地址、甚至可以是I/O设 备的地址。
– 下面以主存地址为例，分析指令的地址码字 段。
(1) 四地址
86 666
OP A1 A2 A3 A4
A1 第一操作数地址 A2 第二操作数地址 A3 结果的地址 A4 下一条指令地址
加、减、乘、除、增 1、减 1、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
如 8086
ADD SUB MUL DIV INC DEC CMP NEG AAA AAS AAM AAD AND OR NOT XOR TEST
3. 移位操作
7.2
算术移位 逻辑移位
循环移位（带进位和不带进位）
二、指令字长
操作码的长度 指令字长取决于 操作数地址的长度
操作数地址的个数
7.1
不同机器的 指令字长是 不同的
1. 指令字长 固定
➢ 早期的计算机指令字长、机器字长和存储字 长均相等，因此访问某个存储单元，便可取 出一条完整的指令或一个完整的数据。这种 机器的指令字长是固定的，控制方式比较简 单。
– 为了提高指令的运行速度和节省存储空间，通 常尽可能把常用的指令（如数据传送指令、算 逻运算指令等）设计成单字长或短字长格式的 指令。
多字长指令的优缺点
– 优点提供足够的地址位来解决访问内存任 何单元的寻址问题 ；
– 缺点必须两次或多次访问内存以取出一整 条指令，降低了CPU的运算速度，又占用 了更多的存储空间。
在出现事故时，由 CPU 自动产生并执行（隐指令） • 设置供用户使用的陷阱指令
由于不同的机器数据字长不同，每台机器处 理的数据字长也不统一。
– 如奔腾处理器可处理8（字节）、16（字）、32 （双字）、64（四字）
– PowerPC可处理8（字节）、16（半字）、32（ 字）、64（双字）
因此，为了便于硬件实现，通常要求多字节 的数据在存储器的存放方式能满足“边界对 准”的要求。
8
12
12
7.1
OP
A1
A2
或 (A1) OP (A2) A1 (A1) OP (A2) A2
若结果存于 ACC 3次访存
4 次访存 寻址范围 212 = 4 K 若ACC 代替 A1（或A2）
(4) 一地址
8
24
OP
A1
(ACC) OP (A1)
ACC
2 次访存 寻址范围 224 = 16 M
(5) 零地址
宏指令：由若干条机器指令组成的软件指令， 它属于软件；
机器指令：介于微指令与宏指令之间，通常 简称为指令，每一条指令可完成一个独立的
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
例如IBM 370机，该机字长32位，16个通 用寄存器R0～R15 ，共有183条指令； 指令的长度可以分为16位、32位和48位等 几种，所有指令的操作码都是8位固定长 度。
固定长度编码的主要缺点是：信息的冗余 极大，使程序的总长度增加。
(2) 长度可变 ➢操作码分散在指令字的不同字段中
➢这种格式可有效地压缩操作码的平均长 度，在字长较短的微型计算机中被广泛 采用。如PDP – 11、Intel 8086/80386等， 操作码的长度是可变的。
计算机设计者主要研究如何确定机器的指令 系统，如何用硬件电路、芯片、设备来实现 机器指令系统的功能。
计算机的使用者则是依据机器提供的指令系 统，使用汇编语言来编制各种程序。计算机 使用者根据机器指令系统所描述的机器功能， 能很清楚地了解计算机内部寄存器-存储器的 结构，以及计算机能直接支持的各种数据类 型。
在指令字中无地址码，例如，空操作 （NOP）、停机（HLT）这类指令只有 操作码。而子程序返回（RET）、中断 返回（IRET）这类指令没有地址码，其 操作数的地址隐含在堆栈指针SP中。
用一些硬件资源（如PC、ACC）承担指令字中需指 明的地址码，可以在不改变指令字长的前提下，扩 大指令操作数的直接寻址范围。此外，用PC、ACC 等硬件代替指令字中的某些地址字段，还可缩短指 令字长，并可减少访存次数。因此，究竟采用什么 样的地址格式，必须从机器性能出发综合考虑。