《计算机组成原理》课件第五章指令系统-5.1.ppt

1、第5章 指令系统5.1.1指令的格式 机器指令是计算机硬件能够识别并直接执行的操作命令。指令是由操作码和地址码两部分组成。操作码用来说明指令操作的性质及功能。地址码用来描述该指令的操作对象，由它给出操作数地址或给出操作数，以及操作结果存放地址。5.1.1指令的格式根据指令中所含地址码的个数，指令分为零地址指令、单地址指令、双地址指令、三地址指令和多地址指令。（1）零地址指令：只有操作码没有地址码的指令。这种指令要么是无需操作数，例如空操作指令、停机指令等，要么是操作数的存储位置为默认的。（2）单地址指令：只有一个地址码的指令。这种指令要么是指需要一个数据的指令，或者是双操作数的指令，另一个操作

2、数隐含了。（3）二地址指令：含有两个地址码的指令。（4）三地址指令：含有三个地址码的指令。通常这类指令是运算类指令，包含两个运算的操作数的地址和运算结果的地址码。（5）多地址指令：在某些计算机中设计了3个以上地址码的指令，用于某些特殊的需要，比如矩阵运算等。5.1.1指令的格式 一般地址码较少的指令，占用空间小，执行速度快，所以结构简单的计算机指令系统中，零地址、单地址和两地址指令较多采用。而两地址、三地址及多地址指令在功能较强的计算机中采用。指令格式中，会设定源地址码和目的地址码。源地址码是指操作数的地址，目的地址码是运算结果的地址。例如IBM-PC指令系统中的二地址指令中，目的地址码在前，

3、源地址码在后。5.1.2寻址方式寻址方式 指令中的地址码部分指明了指令的操作数或者操作数的地址。操作数或者操作数地址的指定方式称为寻址方式。计算机指令系统中常用的寻址方式有以下几类：5.1.2寻址方式寻址方式（1）立即寻址 在指令中直接给出操作数本身。操作数作为指令的一部分，在读取指令的时候就把数据读取了出来，这个操作数又称为立即数。这种方式不需要再根据地址寻找操作数，所以指令的执行速度较快。例如，IBM-PC指令系统中MOV AX,1234H，表示把16位立即数1234H传送到AX 寄存器，指令执行结果，AX=1234H。5.1.2寻址方式寻址方式（2）寄存器寻址方式 指令的地址码指定操作数

4、所在的寄存器，这种方式称为寄存器直接寻址。寄存器数量少，只需少量的编码就可以表示寄存器，所以可以减少整个指令的长度。另外寄存器中的操作数已经在CPU中，因此指令的执行速度较快。例如，IBM-PC指令系统中，若已知AX=1234H,BX=5678H。指令MOV AX,BX，表示把16位寄存器BX中的数值传送到AX 寄存器。指令执行结果，AX=5678H。教材第124页5.1.2寻址方式寻址方式（3）直接寻址方式 指令中的地址码给出的是操作数所在的单元的实际地址，又称为有效地址。根据指令中的有效地址只需访问内存一次便获得操作数。这种寻址方式简单、直观，便于硬件实现。但是随着存储空间的不断增大，地址

5、码会越来越长，会增加指令的长度。例如，IBM-PC指令系统中，若已知AX=1234H,BX=5678H,内存数据段单元（2000H）=11H，（2001H）=22H。指令MOV AX,2000H，表示从数据段2000H单元中取16位数值传送到AX 寄存器。因为2000H单元只有8位数值，所以到相邻的高地址单元2001H单元取8位数值作为高8位。指令执行结果，AX=2211H。5.1.2寻址方式寻址方式（4）寄存器间接寻址方式 指令中的地址码给出寄存器，寄存器中存放操作数的有效地址。因为只需给出寄存器号，所以指令的长度较短，但是因为要根据寄存器中的有效地址访问内存才能得到操作数，指令的执行时间比

6、寄存器寻址方式长。例如，IBM-PC指令系统中，若已知AX=1234H,BX=2000H,内存数据段单元（2000H）=11H，（2001H）=22H。指令MOV AX,BX，表示以BX中的值为地址，去访问内存2000H单元，再从该单元取16位数值传送到AX 寄存器。因为2000H单元只有8位数值，所以到相邻的高地址单元2001H单元取8位数值作为高8位。指令执行结果，AX=2211H。5.1.2寻址方式寻址方式（5）存储器间接寻址方式 指令的地址码部分给出的是存放操作数地址的存储单元地址。存储器间接寻址方式至少要访问两次内存才能取出操作数，因此指令执行速度减慢。例如，欧姆龙的指令系统中，用表

7、示存储器间接寻址。指令MOV#10 D0，表示将立即数10传送到D0存储区。MOV#FFFF D0，表示将立即数传送到D10存储区，指令中的D0不是最终目的地，而是将D0区内的10表示目的地址。5.1.2寻址方式寻址方式（6）相对寻址方式 指令的地址码中给定一个偏移量，将程序计数器PC中的值加上这个偏移量，得到操作数的有效地址。这种寻址方式下，被访问的操作数的地址是不固定的，但是该地址相对于程序的位置却是固定的，所以不管程序装入到内存的什么地方，都可以正确读取操作数。这样可以实现“与地址无关的程序设计”。例如，IBM-PC指令系统中，若已知PC=1234H。执行指令JMP+5，这是转移指令，表

8、示程序跳转到新指令执行。新指令的地址由PC的值加偏移量5计算得到，所以程序会跳转到1239H单元，执行1239H单元的指令。5.1.2寻址方式寻址方式（7）基址和变址寻址方式 指令地址码中给出基址或变址寄存器和一个形式地址，操作数的有效地址由寄存器中的值和形式地址相加得到。采用基址寄存器时称为基址寻址，采用变址寄存器时称为变址寻址。例如，IBM-PC指令系统中，SI是变址寄存器。若已知AX=1234H,SI=2000H,内存数据段单元（2000H）=11H，（2001H）=22H,（2002H）=33H,（2003H）=44H。指令MOV AX,SI+2，表示以BX中的值加上指令中的偏移量2，

9、得到有效地址去访问内存2002H单元，再从该单元取16位数值传送到AX 寄存器。因为2002H单元只有8位数值，所以到相邻的高地址单元2003H单元取8位数值作为高8位。指令执行结果，AX=4433H。5.1.2寻址方式寻址方式（8）隐含寻址方式 指令中不指出操作数地址，而是在操作码中隐含着操作数的地址。例如，IBM-PC指令系统中的CBW指令，指令中不需要指定操作数，系统默认操作数为AL。该指令功能是将AX的低8位寄存器AL的值扩展到AX寄存器中。若已知AX=1234H，指令CBW执行之后，AX=0034H,将低8位的最高位符号位扩展到整个AX寄存器中。5.1.2寻址方式寻址方式 一台计算机

10、的指令系统寻址方式多种多样，给程序员编程带来方便，但也使得计算机控制器的实现具有一定的复杂性。对于一台计算机而言，可能采用上述的一些寻址方式，或者这些基本寻址方式的组合或稍加变化5.1.3指令类型（1）数据传送指令 这类指令完成数据在主存和CPU寄存器之间进行传输。（2）算术运算类指令 对数据进行算术操作，包括加法、减法、乘法、除法等算术运算。有些性能较强的机器还具有浮点运算指令等。（3）逻辑运算类指令 对数据进行逻辑操作，包括逻辑与、或、非、异或等运算。这些逻辑运算对数据进行位运算，位和位之间没有进位传递关系。有些机器还有位操作指令，如位测试、位清除等。5.1.3指令类型（4）移位操作类指令

11、 移位操作是对数据进行相邻数据位之间的传递操作，分为算术移位、逻辑移位和循环移位三种，每种移位操作又分为左移和右移。算术移位，要考虑符号位。算术左移或右移一位，分别实现乘以2或除以2的算术运算。逻辑移位是将移位数据看作是没有数值含义的二进制代码，移位后的空位补0。循环移位按是否与进位标志位一起循环，分为小循环（自身循环）和大循环（带进位一起循环）两种。（5）程序控制类指令 这类指令用于控制程序执行的顺序和方向，主要包括条件转移指令、无条件转移指令、循环指令、子程序调用和返回指令、中断指令等。5.1.3指令类型（6）输入输出操作指令 这类指令完成主机和外围设备之间的信息传送。有的计算机有专门的输入输出指令，有的则把外设接口看作是特殊的存储器单元，用传送类指令实现访问。（7）串操作指令 串操作指令是针对主存中连续存放的一系列字或字节，完成串传送、串比较、串查找等功能。串可以由非数值数据（如字符串）构成，可以方便地完成字符串处理。（8）处理器控制指令 直接控制CPU以实现某种功能的指令，如空操作指令、停机指令等。5.1.3指令类型 以上的指令种类，一台计算机指令系统中并不是全部具备，例如有的计算机没有串处理指令。