计算机组成原理指令系统
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《计算机组成原理》1.指令、指令系统、虚拟存储器、Cache的地址映像、微命令、微指令、输入设备、输出设备、中断系统、中断隐指令、光盘、指令周期、机器周期、节拍的定义指令:指令是指计算机执行某些操作的命令。
指令系统:一台计算机所有指令的集合。
虚拟存储器:将主存储器和辅助存储器的地址空间统一编址,在硬件和系统软件的共同管理下,可以把它们看成一个单一的存储器。
cache的地址映像:在cache中,地址映像是指把主存地址空间映像到cache地址空间,也就是把存放在主存中的程序按照某种规则装入cache中,地址映像有3种方法全相联映像,直接映像,组相联映像微命令:在微程序控制的计算机中,将控制部件向执行部件发出的各种控制命令叫做微命令。
微指令:指控制存储器中的一个单元的内容,即控制字,是若干个微命令的集合。
输入设备:向计算机输入信息的外部设备称为输入设备。
输出设备:接受计算机输出信息的外部设备称为输出设备。
中断系统:是计算机实现中断功能的软、硬件总称。
中断隐指令:CPU响应中断后,经过某些操作,转去执行中断服务程序。
这些操作是由硬件直接实现的。
光盘:用光学方式读写信息的圆盘称为光盘。
指令周期:CPU每取出一条指令并执行这条指令,都要完成一系列的操作,所需要的时间通常叫做一个指令周期。
机器周期:在计算机中,为了便于管理,常把一条指令的执行过程划分为若干个阶段,每一阶段完成一个基本操作。
完成一个基本操作所需要的时间称为机器周期。
节拍:在一个机器周期内,要完成若干个微操作。
这些微操作有的时候可以同时执行,有的需要按先后次序串行执行。
因而应把一个机器周期分为若干个相等的时间段,每一个时间段对应一个电位信号,称为节拍电位信号。
2.冯·诺依曼等人提出的存储程序概念(教材P2,共3点)。
1)计算机应由运算器、存储器、控制器、输入设备、输出设备5大基本不见组成;2)计算机内部采用二进制来表示指令和数据;3)将编好的程序和原始数据事先存入存储器中,然后再启动计算机工作,这就是存储器程序的基本含义。
计算机组成原理中的指令系统与微程序指令系统和微程序是计算机组成原理中两个重要的概念。
指令系统是计算机内部实现各种功能的基本指令集合,而微程序是为了实现指令系统而设计的一种硬件逻辑。
本文将介绍指令系统和微程序的基本概念及其在计算机组成原理中的作用。
一、指令系统指令系统是计算机内部实现各种功能的指令的集合。
它定义了计算机可以执行的操作和数据处理方式。
指令系统包括指令的格式、寻址方式和操作码等要素。
指令系统决定了计算机的功能和性能。
指令系统中的指令可以分为多种类型,如数据传输指令、算术逻辑指令、控制指令等等。
不同类型的指令完成不同的操作,通过组合和执行这些指令可以实现计算机所需的各种功能。
指令系统的设计应考虑到计算机硬件的性能和复杂性。
一方面,指令系统应尽可能的简单,以提高计算机的执行效率;另一方面,指令系统也应具备足够的功能,以满足各种应用需求。
二、微程序微程序是为了实现指令系统而设计的一种硬件逻辑。
它是将指令系统的功能细化为一条条微指令,通过控制器按照微指令的顺序来执行各种操作。
微程序的设计思想是将指令的执行过程细化为若干个微操作,并将这些微操作编码为微指令。
每个微指令都包含了一条指令的执行操作,通过按照指令的顺序执行微指令,就可以实现整个指令系统的功能。
微程序的设计可以将指令系统的功能分解为若干个步骤,每个步骤对应一个微指令。
这样可以大大简化指令的执行过程,提高计算机的执行效率和灵活性。
微程序还可以方便地更新和修改,以适应不同的应用需求。
三、指令系统与微程序的关系指令系统和微程序是紧密相关的。
指令系统定义了计算机可以执行的操作和数据处理方式,而微程序则是实现这些操作和处理方式的具体方法。
微程序是指令系统的一种实现技术,它将指令系统的功能细化为一条条微指令,通过控制器按照微指令的顺序来执行各种操作。
通过微程序,可以实现复杂的指令功能,提高计算机的执行效率和灵活性。
指令系统和微程序之间的关系可以用一个类比来理解。
计算机组成原理指令系统例题计算机组成原理是计算机科学中的重要基础课程,主要研究计算机硬件系统的组织、结构和功能,并重点探讨计算机的指令系统。
为了加深对指令系统的理解,我将给出一个例题并提供相关参考内容。
例题:考虑一个简化的指令系统,包含以下指令:add R1, R2, R3sub R1, R2, R3mul R1, R2, R3div R1, R2, R3jz R1, addressload R1, addressstore R1, address输出指令系统的格式、操作码格式、操作数寻址方式以及指令执行的功能。
参考内容:1. 指令系统的格式指令系统的格式是指指令在计算机中的存储和执行格式。
常见的指令格式有紧凑型和扩展型两种。
紧凑型指令格式将指令操作码和操作数紧凑地存储在一起,可节省存储空间并提高指令执行速度。
扩展型指令格式则将操作码和操作数分开存储,有利于指令的扩展和灵活性。
2. 操作码格式操作码格式表示指令的操作码部分。
在例题中,操作码的格式可以采用固定位数的二进制数。
例如,使用4位二进制数表示操作码,可以用0000表示add指令,0001表示sub指令,0010表示mul指令,0011表示div指令,0100表示jz指令,0101表示load指令,0110表示store指令。
3. 操作数寻址方式操作数寻址方式表示指令中操作数的寻址方式。
常见的操作数寻址方式包括紧随寻址、直接寻址、寄存器寻址、间接寻址、相对寻址和变址寻址等。
在例题中,可以采用寄存器寻址方式,即操作数采用寄存器R1、R2和R3来进行寻址。
4. 指令执行的功能指令执行的功能是指指令在计算机中实际执行的操作。
在例题中,按照指令的不同功能,可以得到以下执行结果:- add指令将R2和R3中的数据相加,并将结果存储到R1中。
- sub指令将R2和R3中的数据相减,并将结果存储到R1中。
- mul指令将R2和R3中的数据相乘,并将结果存储到R1中。