机器语言的一般特征讲解课件.ppt
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- 机器语言 一般 特征 讲解 课件
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1、44 44 机器语言的一般特征机器语言的一般特征l 了解机器语言的基本概念;了解机器语言的基本概念;l 掌握指令格式、寻址方式、指令字长及指掌握指令格式、寻址方式、指令字长及指 令类型对指令系统设计的影响;令类型对指令系统设计的影响;l 会根据指令格式、指令字长及寻址方式要会根据指令格式、指令字长及寻址方式要 求设计指令的编码。求设计指令的编码。44 44 机器语言的一般特征机器语言的一般特征一、基本概念一、基本概念1 1、机器指令、机器指令 由由0 0、1 1代码表示,计算机硬件能够识别代码表示,计算机硬件能够识别并直接执行的操作命令。并直接执行的操作命令。2 2、指令系统、指令系统 一台计
2、算机所有机器指令的集合,它反一台计算机所有机器指令的集合,它反映了该计算机具有的基本功能。它是软件和映了该计算机具有的基本功能。它是软件和硬件的主要界面。硬件的主要界面。3 3、指令的执行过程、指令的执行过程 取指令取指令 分析指令分析指令 执行指令执行指令软件软件硬件硬件指令系统指令系统 地址码地址码 二、指令格式二、指令格式 指明指令所完成的操作,其位数反映了指明指令所完成的操作,其位数反映了机器的操作种类即机器指令的条数。机器的操作种类即机器指令的条数。1、操作码、操作码 2、地址码、地址码 指明与操作数有关的信息,操作数、操指明与操作数有关的信息,操作数、操作数地址或运算结果地址。作数
3、地址或运算结果地址。操作码位数操作码位数 n 与机器指令条数与机器指令条数 m 的关系的关系 2 n m 或或 nlog 2 m 操作码操作码 例例:某计算机有某计算机有78条指令,采用等长操作码条指令,采用等长操作码编码需要多少位?编码需要多少位?三、地址码格式三、地址码格式 指令地址码格式中要指明一条指令操作指令地址码格式中要指明一条指令操作数地址的个数及操作数地址采用什么方式给出。数地址的个数及操作数地址采用什么方式给出。1、三地址指令、三地址指令 OPA1A2A3 功能:(功能:(A1)OP(A2)A3 特点特点:(1)两个操作数均保持不变,可再次使用;)两个操作数均保持不变,可再次使
4、用;(2)适用于字长较长的大、中型机。)适用于字长较长的大、中型机。三、地址码格式三、地址码格式 2、二地址指令、二地址指令 OPA1A2 功能:(功能:(A1)OP(A2)A1 特点特点:(1)操作数)操作数A1被运算结果替代;被运算结果替代;(2)适用于字长较短的小型机和微型机。)适用于字长较短的小型机和微型机。三、地址码格式三、地址码格式 3、一地址指令、一地址指令 OPA 功能:功能:OP(A)A 特点特点:(1)操作数)操作数A被运算结果替代;被运算结果替代;(2)在许多微型机中,双操作数指令也采)在许多微型机中,双操作数指令也采用一地址指令格式,在指令中源操作数由地用一地址指令格式
5、,在指令中源操作数由地址码址码A给出,另一操作数隐含在累加器给出,另一操作数隐含在累加器AX中。中。(AX)OP(A)AX (3)适用于字长较短的小型机和微型机。)适用于字长较短的小型机和微型机。三、地址码格式三、地址码格式 4、零地址指令、零地址指令 OP 特点特点:(1)无需任何操作数;)无需任何操作数;(2)所需操作数是隐含指定的。)所需操作数是隐含指定的。四、操作码格式四、操作码格式 1、定长的操作码、定长的操作码 操作码的位数与位置固定,占据指令最前操作码的位数与位置固定,占据指令最前面的几位。面的几位。IBM370、VAX-11、Intel8086/8088特点:特点:(1)简化操
6、作码译码器的设计,缩短指令)简化操作码译码器的设计,缩短指令 译码时间;译码时间;(2)指令扩展性差)指令扩展性差;(3)广泛用于大、中、小型机及)广泛用于大、中、小型机及RISC中。中。例:一台模型机有例:一台模型机有7条指令,采用定长操作码,条指令,采用定长操作码,操作码位数为几位?应采用什么样的译码器?操作码位数为几位?应采用什么样的译码器?四、操作码格式四、操作码格式 2、扩展操作码、扩展操作码 操作码的位数不固定,占据指令前面若干位。操作码的位数不固定,占据指令前面若干位。如如 PDP-11 机。机。特点:特点:(1)常用指令用较短的操码,不常用的指令)常用指令用较短的操码,不常用的
7、指令用较长的操作码,可缩短指令操作码平均长度;用较长的操作码,可缩短指令操作码平均长度;(2)指令扩展性强,便于增加新指令;)指令扩展性强,便于增加新指令;(3)指令译码电路复杂;)指令译码电路复杂;(4)任何短码不能为长码的前缀,确保编码)任何短码不能为长码的前缀,确保编码的唯一性。的唯一性。例:某台计算机的指令系统中共有例:某台计算机的指令系统中共有5050条指条指令,试问:令,试问:(1 1)若采用定长编码方式,其操作码的编)若采用定长编码方式,其操作码的编码长度需要多少位?码长度需要多少位?(2 2)设该指令系统中有)设该指令系统中有1010条指令的使用概条指令的使用概率为率为90%9
8、0%,其余为,其余为10%10%,若采用不等长编,若采用不等长编码方式,其操作码的平均长度为多少?码方式,其操作码的平均长度为多少?(3 3)若原指令系统采有固定长度编码,后)若原指令系统采有固定长度编码,后继产品中需增加继产品中需增加5050条指令,试设计其指条指令,试设计其指令操作码,并计算其平均长度。令操作码,并计算其平均长度。五、指令字长五、指令字长 1、定字长指令、定字长指令2、变字长指令、变字长指令 指令字长一定,地址码较多用较短操作码,指令字长一定,地址码较多用较短操作码,地址码较少用较长操作码。如地址码较少用较长操作码。如PDP-11机机 指令字长不同,一般使用频率高的指令用指
9、令字长不同,一般使用频率高的指令用较短操作码;使用频率低的指令用较长的较长较短操作码;使用频率低的指令用较长的较长的操作码。的操作码。Pentium机采用可变长指令格式,最短的机采用可变长指令格式,最短的1个字节,最长的有个字节,最长的有12个字节。属于个字节。属于CISC结构。结构。8086的指令字长为的指令字长为16个字节,个字节,80486的指令字的指令字长为长为111位。位。五、指令字长五、指令字长3、特点:、特点:(1)指令字长为字节的整数倍;)指令字长为字节的整数倍;(2)指令字长越长,指令功能丰富,占用)指令字长越长,指令功能丰富,占用存储空间多读取指令时间长;存储空间多读取指令
10、时间长;练习:某计算机的指令长度为练习:某计算机的指令长度为1616位,需设置位,需设置二地址、一地址和零地址指令三种,每个操二地址、一地址和零地址指令三种,每个操作数的地址码占作数的地址码占6 6位,采用操作码扩展技术,位,采用操作码扩展技术,每种指令最多可安排几条?设计出这三种指每种指令最多可安排几条?设计出这三种指令的格式。令的格式。练习:某指令系统指令字长练习:某指令系统指令字长1212位,地址位,地址码码3 3位,试提出一种方案,使该指令系统位,试提出一种方案,使该指令系统有有4 4条三地址指令,条三地址指令,8 8条二地址指令,条二地址指令,150150条一地址指令,并写出它们的格
11、式。条一地址指令,并写出它们的格式。练习:设指令字长为练习:设指令字长为1616位,每个地址码位,每个地址码6 6位,采用扩展操作码技术,设计位,采用扩展操作码技术,设计1212条条二地址指令,二地址指令,9696条一地址指令,条一地址指令,5050条零条零地址指令。列出操作码的扩展形式,并地址指令。列出操作码的扩展形式,并计算操作码的平均长度。计算操作码的平均长度。设指令字长为设指令字长为1616位,每个地址码位,每个地址码6 6位,位,采用扩展操作码技术,设计采用扩展操作码技术,设计1212条二地条二地址指令址指令100100条一地址指令,条一地址指令,100100条零地条零地址指令。列出
12、操作码的扩展形式,并址指令。列出操作码的扩展形式,并计算操作码的平均长度。计算操作码的平均长度。44 44 机器语言的一般特征机器语言的一般特征l 了解机器语言的基本概念了解机器语言的基本概念;l 掌握指令格式、指令字长、寻址方式及指掌握指令格式、指令字长、寻址方式及指 令类型对指令系统设计的影响;令类型对指令系统设计的影响;l 会根据指令格式、指令字长及寻址方式要会根据指令格式、指令字长及寻址方式要 求设计指令的编码。求设计指令的编码。六、寻址方式六、寻址方式 在程序的运行过程中,形成指令地址或在程序的运行过程中,形成指令地址或操作地址的方式。操作地址的方式。(一)指令的寻址方式(一)指令的
13、寻址方式 1、顺序寻址方式:程序按其执行的先后次、顺序寻址方式:程序按其执行的先后次序存放序存放 在内存中,由在内存中,由PC提供要执行的指令提供要执行的指令地址。地址。2、跳跃寻址方式:由程序控制类指令的执、跳跃寻址方式:由程序控制类指令的执行而改变原来程序的执行顺序。行而改变原来程序的执行顺序。(二)操作数的寻址方式(二)操作数的寻址方式指令中提供操作数地址(或操作数)的方法。指令中提供操作数地址(或操作数)的方法。OP寻址特征寻址特征MOD 形式地址形式地址 D1、立即寻址:操作数在指令中。、立即寻址:操作数在指令中。Data=D2、直接寻址:操作数地址在指令中。、直接寻址:操作数地址在
14、指令中。EA=DOP MODD(操作数)(操作数)OP MOD D操作数操作数D特点:速度快,寻址范围受特点:速度快,寻址范围受D位数的限制,位数的限制,寻址空间为寻址空间为2D特点:速度快,适用于操作数固定的场合。特点:速度快,适用于操作数固定的场合。3、存储器间接寻址、存储器间接寻址 操作地址在内存中,在数在指令中给出操作地址在内存中,在数在指令中给出的是操作数地址的地址。的是操作数地址的地址。EA=(D)OPMOD D操作数地址操作数地址EAD操作数操作数EA特点:速度慢,可扩大操作数的寻址范围。特点:速度慢,可扩大操作数的寻址范围。例:设指令字长和存储字长均为例:设指令字长和存储字长均
15、为16位,位,D=8,问直接和间接寻址时的寻址范围各为多大?问直接和间接寻址时的寻址范围各为多大?4、寄存器寻址、寄存器寻址 操作数在寄存器中,在指令中给出寄操作数在寄存器中,在指令中给出寄存器号。存器号。EA=R OP MOD 操作数操作数5、寄存器间接寻址、寄存器间接寻址 操作数地址在寄存器中,在指令中给出操作数地址在寄存器中,在指令中给出寄存器号。寄存器号。寄存器组寄存器组OPMODEA操作数操作数EA寄存器组寄存器组内存内存6、隐含寻址、隐含寻址 在指令中不指出操作数的地址,操作数的地址在指令中不指出操作数的地址,操作数的地址隐含在操作码中,此时操作数一般隐含于堆栈或累隐含在操作码中,
16、此时操作数一般隐含于堆栈或累加器中。加器中。特点:可缩短指令字长。特点:可缩短指令字长。7、基址寻址、基址寻址 操作数的有效地址操作数的有效地址EAEA等于指令中的形式地址等于指令中的形式地址D D与基址寄存器与基址寄存器BRBR中内容相加。中内容相加。OP MODDBRALU操作数操作数EA内存内存特点:可扩大指令对主存的寻址范围,可实现全空间寻特点:可扩大指令对主存的寻址范围,可实现全空间寻址。主要用于为程序和数据分配存储空间,基址寄存器址。主要用于为程序和数据分配存储空间,基址寄存器中的内容通常由操作系统或管理程序确定。中的内容通常由操作系统或管理程序确定。7、变址寻址、变址寻址 操作数
17、的有效地址操作数的有效地址EAEA等于指令字中的形式地等于指令字中的形式地址址D D与变址寄存器与变址寄存器IXIX中内容相加。中内容相加。OP MODDIXALU操作数操作数EA内存内存特点:主要用于处理数组问题。特点:主要用于处理数组问题。8、相对寻址、相对寻址 操作数的有效地址操作数的有效地址EAEA等于指令字中的形式等于指令字中的形式地址地址D D与程序计数器与程序计数器PCPC中内容相加。中内容相加。EA=PC+DEA=PC+DOPMODDPCALU操作数操作数EA内存内存特点:主要用于转移类指令。特点:主要用于转移类指令。指令系统中采用不同寻址方式的目的指令系统中采用不同寻址方式的
18、目的主要是缩短指令长度,扩大寻址空间,提高主要是缩短指令长度,扩大寻址空间,提高编程的灵活性。编程的灵活性。例:一种二地址例:一种二地址R-S型(寄存器型(寄存器/存储器)指令的结构如下存储器)指令的结构如下所示:所示:OP9通用寄存器通用寄存器4I1X2偏移量偏移量D16其中其中I为间接寻址标志位,为间接寻址标志位,X为寻址模式字段,为寻址模式字段,D为偏移量为偏移量字段。通过字段。通过I、X、D的组合,可构成下表所示的寻址方的组合,可构成下表所示的寻址方式,请写出表中式,请写出表中6种寻址方式的名称。种寻址方式的名称。有效地址有效地址E算法算法E=DE=(PC)DE=(R2)DE=(R3)
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