03 第三讲 微处理器指令集设计

指令类型
指令按功能可分成以下三种基本类型：
1. 数据传输：将数据从一个地方（源地址）复制到另一个
地方（目的地址），传输结束后源地址中的内容不变。 数据传送范围： R->R、R->M、M->R或M->M I/O？ 数据传送宽度：一般为固定值（如8、16或32bit），其它
宽度的数据传送一般可通过软件移位和合 并操作来实现。
比例尺寻址方式
scaled addressing mode
位移量寻址+ 指数寻址+ 自增/自减寻址
用字节表示的操 作数的长度
PC相对寻址方式
Program Counter-related addressing mode
主要用在转移和跳转指令，指定汇编语言程 序码的内部位置作为目的地址偏移量操作数。
– 根据应用初拟出指令的分类和具体的指令； – 编写出针对该指令系统的各种高级语言编译程序； – 对多种算法程序进行模拟测试，确认指令系统的操作
码和寻址方式的效能是否都ห้องสมุดไป่ตู้较高； – 用硬件实现高频使用的指令，软件实现低频使用指令。
指令集设计示例
假设某机器的字长是8位，支持常见的简单指令： 指令是双地址指令，源操作数采用2种寻址方式—寄 存器寻址(R0~R3)和立即寻址；目标操作数可采用2种 寻址方式－寄存器寻址和存储器直接。请为下述九条 机器指令设计可行的代码方案。
– 微码机器（CISC）中只需要一条指令表示，而在 流水线机器（RISC）里则需要3条指令；
– 假设没有存储器延迟，则流水线机器中这3条指令
可以在3个时钟周期内完成，而微码机器则需要8 个时钟周期。 取指+译码执行：取操作数×2，加法，存结果

32指令信息的表示323指令的功能和类型输入输出指令设置专用的io指令用数据传送指令实现io操作通过io处理机进行io操作32指令信息的表示323指令的功能和类型算术逻辑运算指令算术运算指令逻辑运算指令移位指令算术移位逻辑移位32指令信息的表示323指令的功能和类型程序控制类指令转移指令转子程序指令与返回指令软中断指令32指令信息的表示323指令的功能和类型其他指令数据处理指令面向数组的指令面向操作系统的指令33risc技术331risc的产生与发展指令的分类
3.2 指令信息的表示
3.2.1 指令格式 ⑴ 操作码 指明操作性质，是区别不同指令的依据 ⑵ 操作数或操作数地址 参加运算操作的数据称为操作数。 ⑶ 存放运算结果的地址 指明运算结果的存放位置 ⑷ 后继指令地址 告知CPU本条指令执行完毕后到哪里去取下一 条指令
3.2 指令信息的表示
3.2.1 指令格式 2. 指令中的地址结构 一条指令需要的最大地址数是多少？ 对于二元运算： ·两个地址来访问操作数 ·一个地址来存放运算结果 ·下一条指令的地址
3.2 指令信息的表示
3.2.2 常见寻址方式 1. 立即寻址(immediate addressing) 操作数在指令中，取出了指令的同时也就取 出了操作数
OP A
操作数 = A
优点：不必为获取操作数再次访问存储器， 节省一个存储器或Cache周期。 缺点：数的大小受限于地址字段的长度
3.2 指令信息的表示
3.2 指令信息的表示
3.2.1 指令格式 2. 指令中的地址结构 为了灵活性和使用多寄存器的能力，大多数 当代计算机采用了双地址和三地址指令的混 合方式。
3.2 指令信息的表示
3.2.1 指令格式 2. 指令中的地址结构 对地址数目选择的影响另一个因素： 地址是引用到存储器位置还是寄存器的设计 考虑。 结果是： 大多数CPU设计成有多种指令格式

第 3 章 指令系统及汇编语言程序设计
例:编程计算 0+1+2+3+4+ -----10 编程计算
MOV AL，0 ， MOV BL，1 ， MOV CL,10 NEXT:ADD AL，BL ， INC BL DEC CL JNZ NEXT ；CL≠0 转 ≠ HLT
1
3.1 概述 一、指令包含的基本内容
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（3）相对寻址
例： MOV AX, [SI+100H]
;结果 : 结果 AX (DS×16+SI+100H) ×
例：MOV AL,[BP+DATA] MOV AL, DATA[BP] ; DATA是符号表示的位移量。 表示的位移量 是符号表示的位移量。
结果 : AL (SS×16+BP+DATA) ×
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（2）间接寻址 例：MOV AX，[BX] ， •结果 : AX 结果 (DS×16+BX) ×
...
3000H：0000H ： • EA= BX /SI /DI , 物理地址=DS*16+EA 物理地址 • EA= BP 物理地址=SS*16+EA 物理地址 ：1234H ：50H ：1235H ：30H
1. 做什么操作？ 做什么操作？ MOV ,ADD, OR,CMP等助记符 等助记符
2. 操作的数据是什么？ ①CPU内的寄存器； 操作的数据是什么？ 内的寄存器 内的寄存器； 内存的某一个或几个单元 单元； ②内存的某一个或几个单元； 结果放在那里？ 3. 结果放在那里？ 立即数。 ③立即数。 端口； 端口 ④I/O端口； 下一条指令在哪里？ 4. 下一条指令在哪里？ IP←IP+1

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4
1. ARM存储器访问指令：单寄存器存储/加载指令
(1） LDR和STR——字和无注 令符意 有号T：，T字为 那可 么节选 即加后 使载缀 处。理/若器存指是储指令
LDR指令用于从内存中在 也读特 将取权 访模 问单式 看一下 成， 是字存在或储用字系户统模节数据存
入寄存器中，STR指令用于式 下将下 无进 效寄行 ，存的 不器。 能T与中在前用的索户引单模偏一式 字或字
说明 加载字数据
加载无符号字节数据
以用户模式加载字数据 以用户模式加载无符号字 节数据 加载无符号半字数据
加载有符号字节数据
加载有符号半字数据
操作
Rd←[addressing]， addressing索引
Rd←[addressing]， addressing索引
Rd←[addressing]， addressing索引
节数据保存到内存。
移一起使用T。
指令格式如下：
LDR{cond}{T} Rd,<地址> ;将指定地址上的字数据读入Rd STR{cond}{T} Rd,<地址> ;将Rd中的字数据存入指定地址 LDR{cond}B{T} Rd,<地址> ;将指定地址上的字节数据读入Rd STR{cond}B{T} Rd,<地址> ;将Rd中的字节数据存入指定地址
“字和无符号字节a加ddr载ess存in储g索指引 令”
STR{cond}BT STR{cond}H
LDR/STR指令用“于半对字内和有存符变号量字节的加访载问存储、指内令。存缓冲区数
据的访问、查表、外围部件的控制操作等。若使用LDR指
令加载数据到PC寄存器，则实现程序跳转功能，这样也就