1、課程性質課程性質: 專業必修核心基礎課程專業必修核心基礎課程學分學分: 3考核形式考核形式: 閉卷考試閉卷考試 選用教材：選用教材： 唐朔飛，計算機組成原理（第2版），高等教育出版社，2008年。 參考教材參考教材: (1)蔣本珊編著，計算機組成原理學習指導與習題解析，清華大學出版社，2005年。 (2)白中英主編，計算機組成原理（第三版.網絡版），科學出版社，2003年。 (3)俸遠禎主編，計算機組成原理(修訂本) ，電子工業出版社， 2003年。 (4) 蔣本珊計算機組成原理（第2版）北京：清華大學出版社，2008湖南商學院計算機與電子工程學院湖南商學院計算機與電子工程學院計算機組成原理與

2、匯編語言程序計算機組成原理與匯編語言程序教學課程組教學課程組第章第章 指指 令令 系系 統統7.1 機器指令機器指令 7.2 操作數類型和操作類型操作數類型和操作類型 7.3 尋址方式尋址方式 7.4 指令格式舉例指令格式舉例 7.5 RISC 技術技術 指令的長度：一條指令中所包含的位數，它取決指令的長度：一條指令中所包含的位數，它取決于操作碼字段的長度、操作數（地址）的個數及長于操作碼字段的長度、操作數（地址）的個數及長度。度。指令長度不一定與機器字長相等：指令長度不一定與機器字長相等：定長指令：定長指令：指令系統中，若所有指令的長度指令系統中，若所有指令的長度都是相等；都是相等；變長指令

3、：變長指令：指令的長度隨指令功能而異。指令的長度隨指令功能而異。7.1 機機 器器 指指 令令一、指令的一般格式一、指令的一般格式 操作碼字段操作碼字段 地址碼字段地址碼字段 指令系統中的每一條指令都有一個唯一確定的操作指令系統中的每一條指令都有一個唯一確定的操作碼，指令不同，其操作碼的編碼也不同。希望用盡可碼，指令不同，其操作碼的編碼也不同。希望用盡可能短的操作碼字段來表達全部的指令。能短的操作碼字段來表達全部的指令。l 指令操作碼的編碼可以分為指令操作碼的編碼可以分為： 操作碼固定（規整型）：操作碼固定（規整型）： 操作碼部分定長編碼操作碼部分定長編碼 操作碼不固定（非規整型）：操作碼不固

4、定（非規整型）：操作碼部分變長編碼操作碼部分變長編碼 l指令的操作碼指令的操作碼操作碼操作碼地址碼地址碼指令的基本格式指令的基本格式（1）規整型（定長編碼）規整型（定長編碼）l 操作碼字段的位數和位置是固定的。操作碼字段的位數和位置是固定的。假定：指令系統共有假定：指令系統共有m條指令，指令中操作碼字條指令，指令中操作碼字段的位數為段的位數為N 位，則有如下關系式：位，則有如下關系式： N log2 m定長編碼有利于簡化硬件設計、減少指令譯碼定長編碼有利于簡化硬件設計、減少指令譯碼的時間；的時間；存在冗余。存在冗余。F IBM 370機（字長機（字長32位）的指令可分為三種位）的指令可分為三種

5、 不不同的長度同的長度,不論指令的長度為多少位，其中操作碼不論指令的長度為多少位，其中操作碼字段一律都是字段一律都是8位。（冗余位。（冗余183/256）例 IBM 370 機的指令格式機的指令格式OPOPOPOPOPD2D1D1D2D2R1R1R1R2R2L1B1B2B2B2X2B1I28888844444444444881212121212RR型RX型RS型SI型SS型單字長指令單字長指令半字長指令半字長指令1個半字長指令個半字長指令（2）非規整型（變長碼）非規整型（變長碼）l 操作碼字段的位數不固定，且分散設置在指令操作碼字段的位數不固定，且分散設置在指令字的不同位置上。字的不同位置上。

6、 能有效的壓縮程序中指令碼字段的平均長度，能有效的壓縮程序中指令碼字段的平均長度，讓高頻指令的操作碼較短；讓高頻指令的操作碼較短； 操作碼字段的位數和位置不固定將增加指令譯操作碼字段的位數和位置不固定將增加指令譯碼和分析的難度，使控制器的設計復雜化碼和分析的難度，使控制器的設計復雜化。 例 PDP-11機（機（Digital Equipment Corp. 70年代生產的年代生產的字長字長16位的小型計算機）的指令分為單字長、兩字長、位的小型計算機）的指令分為單字長、兩字長、三字長三種，操作碼字段占三字長三種，操作碼字段占416位不等，可遍及整個位不等，可遍及整個指令長度；指令長度；F目前的微

7、型計算機也廣泛采用。目前的微型計算機也廣泛采用。7 PDP-11PDP-11機的指令格式機的指令格式OPRR846261316OPS844OPOPOPOPOPOP1616SDD1683DDXSS66666610單字長(16位)二字長(32位)三字長(48位)地址地址1地址2【例例】設某機器的指令長度為設某機器的指令長度為16位，操作碼字段位，操作碼字段為為4位，有三個位，有三個4位的地址碼字段。如果按照位的地址碼字段。如果按照規整規整型型編碼的方法，編碼的方法，4位操作碼字段最多只能表示位操作碼字段最多只能表示24 （16）條不同的）條不同的 （三地址）指令。（三地址）指令。 如采用非規整碼（

8、不定長編碼），則可編出如采用非規整碼（不定長編碼），則可編出61條條不同地址長度不同地址長度的指令。的指令。（3）操作碼的擴展）操作碼的擴展 編碼方法編碼方法見后見后OPOPA A1 1A A2 2A A3 34 4位位4 4位位4 4位位4 4位位擴展操作碼法（續）擴展操作碼法（續）OPOPA A1 1A A2 2A A3 34 4位位4 4位位4 4位位4 4位位OPOP1515條三地址指令條三地址指令0000 0000 XXXX YYYY ZZZZXXXX YYYY ZZZZ1110 XXXX YYYY ZZZZ1110 XXXX YYYY ZZZZ111111111515條二地址指令條

9、二地址指令11111111 0000 0000 XXXX YYYYXXXX YYYY1111 1110 XXXX YYYY1111 1110 XXXX YYYY1111 11111111 11111515條一地址指令條一地址指令1111 11111111 1111 0000 0000 XXXXXXXX1111 1111 1110 XXXX1111 1111 1110 XXXX1111 1111 11111111 1111 11111616條零地址指令條零地址指令1111 1111 11111111 1111 1111 0000 00001111 1111 1111 11111111 1111

10、1111 1111擴展窗口擴展窗口 擴展窗口擴展窗口擴展窗口擴展窗口 OPOPA1A1A2A2OPOPA1A1OPOP擴展規則：擴展規則： 短碼不能是長碼的前綴；短碼不能是長碼的前綴； 操作碼不能重復，格式安排要操作碼不能重復，格式安排要 統一。統一。2. 地址碼地址碼(1) 四地址四地址 (2) 三地址三地址OP A1 A2 A3 A48 6 6 6 6A1 第一操作數地址第一操作數地址A2 第二操作數地址第二操作數地址A3 結果的地址結果的地址A4 下一條指令地址下一條指令地址若若 PC 代替代替 A4 ，為三地，為三地址指令址指令(A1) OP (A2) A38 8 8 8 OP A1

11、A2 A3(A1) OP (A2) A34 次訪存次訪存4 次訪存次訪存尋址范圍尋址范圍 26 = 64尋址范圍尋址范圍 28 = 256若若 A3 用用 A1 或或 A2 代替，代替，為二地址指令為二地址指令 設指令字長為設指令字長為 32 位位操作碼固定為操作碼固定為 8 位位(3) 二地址二地址OP A1 A28 12 12(A1) OP (A2) A1(A1) OP (A2) A2或或4 次訪存次訪存若若ACC 代替代替 A1（或或A2），為一地址指令為一地址指令若結果存于若結果存于 ACC (4) 一地址一地址(5) 零地址零地址OP A18 24無地址碼無地址碼(ACC) OP (

12、A1) ACC2 次訪存次訪存尋址范圍尋址范圍 212 = 4 K尋址范圍尋址范圍 224 = 16 M 3次訪存次訪存二、指令字長二、指令字長指令字長決定于指令字長決定于操作碼的長度操作碼的長度指令字長指令字長 = 存儲字長存儲字長 2. 指令字長指令字長 可變可變 操作數地址的長度操作數地址的長度 操作數地址的個數操作數地址的個數 1. 指令字長指令字長 固定固定 按字節的倍數變按字節的倍數變 化化l小結小結 當用一些硬件資源代替指令字中的地址碼字段當用一些硬件資源代替指令字中的地址碼字段 當指令的地址字段為寄存器時當指令的地址字段為寄存器時 可擴大指令的尋址范圍可擴大指令的尋址范圍 可縮

13、短指令字長可縮短指令字長 可減少訪存次數可減少訪存次數 三地址三地址 OP R1, R2, R3 二二地址地址 OP R1, R2 一地址一地址 OP R1 指令執行階段不訪存指令執行階段不訪存 可縮短指令字長可縮短指令字長7.2 操作數類型和操作種類操作數類型和操作種類 一、操作數類型一、操作數類型 地址地址 數字數字 字符字符 邏邏 輯數輯數無符號無符號 整數整數定點數、浮點數、十進制定點數、浮點數、十進制 數數ASCII 邏輯運算邏輯運算 二、數據在存儲器中的存放方式二、數據在存儲器中的存放方式字地址字地址為為低字節低字節 地址地址字地址字地址為為高字節高字節 地址地址37621540

14、字地址字地址04低字節低字節04512673 字地址字地址04低字節低字節l存儲器中的數據存放（存儲器中的數據存放（存儲字長為存儲字長為 32 位位）地址（十進制）地址（十進制） 0 4 812162024283236雙字雙字雙字（地址雙字（地址3232）雙字雙字雙字（地址雙字（地址2424）半字（地址半字（地址2020）半字（地址半字（地址2222）半字（地址半字（地址1616）半字（地址半字（地址1818）字節（地址字節（地址 8 8）字節（地址字節（地址 9 9）字節（地址字節（地址1010）字節（地址字節（地址1111）字（地址字（地址 4 4）字（地址字（地址 0 0）字節（地址字節

15、（地址1414）字節（地址字節（地址1515）字節（地址字節（地址1313） 字節（地址字節（地址1212）邊界對準邊界對準地址（十進制地址（十進制）048字節字節( 地址地址7)字節字節( 地址地址6)字字( 地址地址2)半字半字( 地址地址10)半字半字( 地址地址8)半字半字( 地址地址0)字字( 地址地址4)邊界未對準邊界未對準 三、操作類型三、操作類型1. 數據傳送數據傳送源源 目的目的寄存器寄存器寄存器寄存器寄存器寄存器寄存器寄存器存存 儲器儲器存儲器存儲器 存儲器存儲器存儲器存儲器置置“1”，清，清“0”2. 算術邏輯操作算術邏輯操作加、減、乘、除、增加、減、乘、除、增 1、減、

16、減 1、求補、浮點運算、十進制運算、求補、浮點運算、十進制運算與、或、非、異或、位操作、位測試、位清除、位求反與、或、非、異或、位操作、位測試、位清除、位求反如如 8086MOVESTORELOADMOVEPUSHPOP例如例如MOVEMOVEADD SUB MUL DIV INC DEC CMP NEG AAA AAS AAM AAD AND OR NOT XOR TEST3. 移位操作移位操作算術移位算術移位4. 轉移轉移(1) 無條件轉移無條件轉移 JMP(2) 條件轉移條件轉移結果為零轉結果為零轉 （Z = 1） JZ結果溢出轉結果溢出轉 （O = 1）JO結果有進位轉結果有進位轉（C

17、 = 1）JC跳過一條指令跳過一條指令 SKP循環移位（帶進位和不帶進位）循環移位（帶進位和不帶進位）如如300305306307SKP DZ D = 0 則跳則跳邏輯移位邏輯移位完成觸發器完成觸發器(3) 調用和返回調用和返回CALL SUB1.CALL SUB2.CALL SUB2RETURNRETURN 主程序主程序地地 址址200021002101子程序子程序SUB1240025002501256025612700 主存空間分配主存空間分配 程序執行流程程序執行流程子程序子程序SUB2.IN AX, nOUT DX, ALOUT n, AXOUT DX, AX(4) 陷阱（陷阱（Tra

18、p）與陷阱指令與陷阱指令l意外事故的中斷意外事故的中斷 設置供用戶使用的陷阱指令設置供用戶使用的陷阱指令如如 8086 INT TYPE 軟中斷軟中斷提供給用戶使用的陷阱指令，完成系統調用提供給用戶使用的陷阱指令，完成系統調用5. 輸入輸出輸入輸出 一般不提供給用戶直接使用一般不提供給用戶直接使用 在出現事故時，由在出現事故時，由 CPU 自動產生并執行（隱指令）自動產生并執行（隱指令）IN AL, DXIN AX, DX入入 端口地址端口地址 CPU 的寄存器的寄存器出出 CPU 的寄存器的寄存器 端口地址端口地址如如如如IN AL, nOUT n, AL7.3 尋尋 址址 方方 式式尋址方

19、式尋址方式 確定確定 本條指令本條指令 的的 操作數地址操作數地址下一條下一條 欲執行欲執行 指令指令 的的 指令地址指令地址指令尋址指令尋址數據尋址數據尋址尋址方式尋址方式（1）編址單位）編址單位 字編址字編址 ： 編址單位編址單位=訪問單位訪問單位 每個編址單位所包含的信息量（二進制位數）與讀每個編址單位所包含的信息量（二進制位數）與讀或或 寫一次寄存器、主存所獲得的信息量是相同的。早寫一次寄存器、主存所獲得的信息量是相同的。早期的大多數機器都采用這種編址方式。期的大多數機器都采用這種編址方式。 特點：特點：控制簡單、地址浪費少；不支持非數值運算：控制簡單、地址浪費少；不支持非數值運算：編

20、址方式編址方式l尋址技術尋址技術尋址：尋址：尋找操作數的地址或下一條將要執行的指尋找操作數的地址或下一條將要執行的指令地址。尋址技術包括令地址。尋址技術包括編址方式編址方式和和尋址方式尋址方式。返回返回（1）編址單位（續）編址單位（續） 字節編址字節編址 字節編址為了適應非數值計算的需要。字節編址字節編址為了適應非數值計算的需要。字節編址方式使編址單位與信息的基本單位（一個字節）相方式使編址單位與信息的基本單位（一個字節）相一致（一致（最大優點最大優點）。然而，如果主存的訪問單位也）。然而，如果主存的訪問單位也是一個字節的話，那么主存的頻帶就太窄。是一個字節的話，那么主存的頻帶就太窄。 編址單

21、位編址單位 訪問單位訪問單位 通常主存的訪問單位是編址單位的若干倍。造成通常主存的訪問單位是編址單位的若干倍。造成 地址的浪費。地址的浪費。 位編址位編址 部分計算機系統采用位編址方式。地址浪費最大。部分計算機系統采用位編址方式。地址浪費最大。返回返回（2） 指令中地址碼的位數指令中地址碼的位數l 指令格式中每個地址碼的位數與主存容量和最小指令格式中每個地址碼的位數與主存容量和最小尋址單位（即編址單位）相關聯。主存容量越大，尋址單位（即編址單位）相關聯。主存容量越大，所需的地址碼位數就越長。對于相同容量來說，如所需的地址碼位數就越長。對于相同容量來說，如果以字節為最小尋址單位，地址碼的位數就需

22、要長果以字節為最小尋址單位，地址碼的位數就需要長些；如果以字為最小尋址單位（假定字長為些；如果以字為最小尋址單位（假定字長為1616位或位或更長），地址碼的位數可以減少。更長），地址碼的位數可以減少。【例例】 設某機主存容量為設某機主存容量為220 個字節，機器字長個字節，機器字長32位。若最小尋址單位為字節（按字節編址），位。若最小尋址單位為字節（按字節編址），其地址碼應為其地址碼應為20位；若最小尋址單位為字（按字位；若最小尋址單位為字（按字編址），其地址碼只需編址），其地址碼只需18 (220/22 )位。位。返回返回7.3 尋尋 址址 方方 式式一、指令尋址一、指令尋址順順 序序( P

23、C ) + 1 PC跳躍跳躍 由轉移指令指出由轉移指令指出LDA 1000ADD 1001DEC 1200JMP 7LDA 2000SUB 2001INCSTA 2500LDA 1100.0123456789PC+1 指令地址指令地址 尋址方式尋址方式 指令地址指令地址指令指令 順序順序 1 順序順序 2 順序順序 3 跳躍跳躍 7 順序順序 8二、數據尋址二、數據尋址 形式地址形式地址 指令字中的地址指令字中的地址 有效地址有效地址 操作數的真實地址操作數的真實地址 約定約定 指令字長指令字長 = 存儲字長存儲字長 = 機器字長機器字長1. 立即尋址立即尋址 指令執行階段不訪存指令執行階段不

24、訪存 A 的位數限制了立即數的范圍的位數限制了立即數的范圍形式地址形式地址 A操作碼操作碼尋址特征尋址特征OP # A立即尋址特征立即尋址特征立即數立即數 可正可負可正可負 補碼補碼形式地址形式地址 A 就是操作數就是操作數2. 直接尋址直接尋址EA = A操作數操作數主存主存尋址特征尋址特征LDAAAACC 執行階段訪問一次存儲器執行階段訪問一次存儲器 A 的位數決定了該指令操作數的尋址范圍的位數決定了該指令操作數的尋址范圍 操作數的地址不易修改（必須修改操作數的地址不易修改（必須修改A）有效地址由形式地址直接給出有效地址由形式地址直接給出3. 隱含尋址隱含尋址l 操作數地址隱含在操作碼中操

25、作數地址隱含在操作碼中ADDA操作數操作數 主存主存 尋址特征尋址特征AACC暫暫 存存ALU另一個操作數另一個操作數隱含在隱含在 ACC 中中如如 8086MUL指令指令被乘數隱含在被乘數隱含在 AX（16位）或位）或 AL（8位）中位）中MOVS指令指令源操作數的地址隱含在源操作數的地址隱含在 SI 中中目的操作數的地址隱含在目的操作數的地址隱含在 DI 中中 指令字中少了一個地址字段，可縮短指令字長指令字中少了一個地址字段，可縮短指令字長4. 間接尋址間接尋址EA =（A）l 有效地址由形式地址間接提供有效地址由形式地址間接提供OPA尋址特征尋址特征AEA主存主存 EAA1EA A1主主

26、 存存 EA10 執行指令階段執行指令階段 2 次訪存次訪存 可擴大尋址范圍可擴大尋址范圍 便于編程便于編程OPA尋址特征尋址特征A一次間址一次間址 多次間址多次間址 操作操作 數數操作數操作數 多次訪存多次訪存 子程序子程序主程序主程序8081201202調用子程序調用子程序調用子程序調用子程序間接尋址編程舉例間接尋址編程舉例(A) = 81(A) = 202 間址特征間址特征JMP A 【例例】設某機器字長設某機器字長16bit，主存容量為，主存容量為64K字字,指令格式指令格式為單字長單地址，共為單字長單地址，共64條指令。試說明：條指令。試說明：（1） 若只采用直接尋址方式，指令的訪存

27、空間若只采用直接尋址方式，指令的訪存空間=？ 答：答：64條指令，操作碼需條指令，操作碼需6位編碼，其余部分為直位編碼，其余部分為直接的地址碼接的地址碼=10位，能訪問空間為：位，能訪問空間為：210=1K字。字。（2） 為了擴充指令的尋址范圍，可采用直接為了擴充指令的尋址范圍，可采用直接/間接尋間接尋址方式（增加址方式（增加1位尋址方式標志），指令的訪存空間位尋址方式標志），指令的訪存空間？、直接尋址空間？、直接尋址空間=?答：答：64條指令，操作碼需條指令，操作碼需6位編碼，位編碼，1位位尋址方式尋址方式標志，直接的地址碼標志，直接的地址碼=9位，直接尋址空間為：位，直接尋址空間為：29=

28、0.5K字字; 間接尋址空間為：間接尋址空間為：216=64K字。訪存空間字。訪存空間=64K字。字。5. 寄存器尋址寄存器尋址EA = Ri 執行階段不訪存，只訪問寄存器，執行速度快執行階段不訪存，只訪問寄存器，執行速度快OPRi尋址特征尋址特征 寄存器個數有限，可縮短指令字長寄存器個數有限，可縮短指令字長 操作數操作數R0RiRn 寄存器寄存器l 有效地址即為寄存器編號有效地址即為寄存器編號EA = ( Ri ) 6. 寄存器間接尋址寄存器間接尋址 有效地址在寄存器中，操作數在存儲器中，執行階段訪存有效地址在寄存器中，操作數在存儲器中，執行階段訪存操作數操作數主存主存 OPRi尋址特征尋址

29、特征 便于編制循環程序便于編制循環程序地址地址 R0RiRn寄存器寄存器l 有效地址在寄存器中有效地址在寄存器中7. 基址尋址基址尋址(1) 采用專用寄存器作基址寄存器采用專用寄存器作基址寄存器EA = ( BR ) + ABR 為基址寄存器為基址寄存器OPA操作數操作數主存主存尋址特征尋址特征ALUBR 可擴大尋址范圍可擴大尋址范圍 有利于多道程序有利于多道程序 BR 內容由操作系統或管理程序確定內容由操作系統或管理程序確定 在程序的執行過程中在程序的執行過程中 BR 內容不變，形式地址內容不變，形式地址A可變可變(2) 采用通用寄存器作基址寄存器采用通用寄存器作基址寄存器 操作數操作數主存

30、主存 尋址特征尋址特征ALUOPR0AR0 作基址寄存器作基址寄存器 由用戶指定哪個通用寄存器作為基址寄存器由用戶指定哪個通用寄存器作為基址寄存器通用寄存通用寄存 器器R0Rn-1R1 基址寄存器的內容由操作系統確定基址寄存器的內容由操作系統確定 在程序的執行過程中在程序的執行過程中 R0 內容不變，形式地址內容不變，形式地址 A 可變可變8. 變址尋址變址尋址EA = ( IX ) +AOPA 操作數操作數主存主存 尋址特征尋址特征ALUIX 可擴大尋址范圍可擴大尋址范圍 便于處理數組問題便于處理數組問題 IX 的內容由用戶給定的內容由用戶給定 IX 為變址寄存器（專用）為變址寄存器（專用）

31、 在程序的執行過程中在程序的執行過程中 IX 內容可變，形式地址內容可變，形式地址 A 不變不變通用寄存器也可以作為變址寄存器通用寄存器也可以作為變址寄存器例例 設數據塊首地址為設數據塊首地址為 D，求求 N 個數的平均值個數的平均值直接尋址直接尋址變址尋址變址尋址LDA DADD D + 1ADD D + 2ADD D + ( N -1 )DIV # NSTA ANSLDA # 0LDX # 0INXCPX # NBNE MDIV # NSTA ANS共共 N + 2 條指令條指令共共 8 條指令條指令ADD X, DMX 為變址寄存器為變址寄存器D 為形式地址為形式地址(X) 和和 #N

32、比較比較(X) +1 X結果不為零則轉結果不為零則轉9. 相對尋址相對尋址 EA = ( PC ) + AA 是相對于當前指令的位移量（可正可負，補碼）是相對于當前指令的位移量（可正可負，補碼） A 的位數決定操作數的尋址范圍的位數決定操作數的尋址范圍 程序浮動程序浮動 廣泛用于轉移指令廣泛用于轉移指令 操作數操作數尋址特征尋址特征ALUOPA 相對距離相對距離 A1000PC 主存主存1000AOP (1) 相對尋址舉例相對尋址舉例M 隨程序所在存儲空間的位置不同而不同隨程序所在存儲空間的位置不同而不同EA = ( M+3 ) 3 = M 3*LDA # 0LDX # 0ADD X, DIN

33、XCPX # NBNE MDIV # NSTA ANSMM+1M+2M+3而指令而指令 BNE 與與 指令指令 ADD X, D 相對位移量不變相對位移量不變 3* 指令指令 BNE操作數的有效地址為操作數的有效地址為 3* 相對尋址特征相對尋址特征*(2) 按字節尋址的相對尋址舉例（按字節尋址的相對尋址舉例（1）OP位移量位移量2000 H2008 H8JMP * + 8OP06 H2000 H2008 H8設設: 當前指令地址當前指令地址 PC = 2000H轉移后的目的地址為轉移后的目的地址為 2008H因為因為 取出取出 JMP * + 8 后后 PC = 2002H二字節指令二字節指

34、令故故: JMP * + 8 指令的第二字節為指令的第二字節為 2008H - 2002H = 06Hl相當于將整個主存空間分成若干大小相同的區相當于將整個主存空間分成若干大小相同的區（稱為一頁稱為一頁），每頁有若干個主存單元。每頁都），每頁有若干個主存單元。每頁都有自己的編號（有自己的編號（頁面地址頁面地址）；頁面內的每個主存）；頁面內的每個主存單元也有自己的編號（單元也有自己的編號（頁內地址頁內地址）。）。l操作數的有效地址被分為兩部分：操作數的有效地址被分為兩部分： 頁內地址頁內地址頁面地址頁面地址（10）數據尋址）數據尋址頁面尋址頁面尋址（Page Addressing )返回返回指令

35、寄存器指令寄存器主存儲器主存儲器OPA0頁頁1頁頁N-1頁頁指令指令所在頁所在頁0頁頁操作數操作數0頁頁l基頁尋址基頁尋址A頁內地址頁內地址頁面地址頁面地址EA操作數操作數3800000000000000000000380038255頁頁64K0000H00FFHFFFFH0000H00FFH 操作數在零頁，指令給出操作數在零頁中的頁內地址。操作數在零頁，指令給出操作數在零頁中的頁內地址。返回返回指令寄存器指令寄存器主存儲器主存儲器OPA0頁頁1頁頁N-1頁頁指令指令所在頁所在頁指令指令所在頁所在頁操作數操作數PCHPCLPCH程序計數器程序計數器l當前頁尋址當前頁尋址頁內地址頁內地址頁面地址

36、頁面地址EA操作數操作數APCH操作數操作數38382F852F2F38255頁頁64K0000H00FFHF操作數和指令在同一頁，頁面地址從操作數和指令在同一頁，頁面地址從PC的高位獲取，頁的高位獲取，頁內地址由指令給出。內地址由指令給出。F指令中的尋址特征位指令中的尋址特征位 (Z/C ) 指明是零頁或是當前頁尋址。指明是零頁或是當前頁尋址。返回返回OP2F H02400290 8 設設: 當相對尋址轉移指令占當相對尋址轉移指令占3個字節：操作碼后個字節：操作碼后為為2字節的相對位移量（補碼），每當字節的相對位移量（補碼），每當CPU從存從存儲器取出一個字節時，即自動（儲器取出一個字節時，

37、即自動（PC)+1-PC （1） (PC)=240，要求轉移到，要求轉移到290，則轉移指令，則轉移指令的第二、三字節的機器代碼是多少。的第二、三字節的機器代碼是多少。數據以低數據以低字節地址為字地址的存放方式字節地址為字地址的存放方式答：答：(PC)=240，取指后，取指后，PC=243，要求轉移到，要求轉移到290，相對，相對位移量位移量=290-243=47=2FH，小端原則下，第二字節為，小端原則下，第二字節為2FH,第三字節第三字節00H 00H（2） (PC)=240，要求轉移到，要求轉移到200，則轉移指令的第二、三，則轉移指令的第二、三字節的機器代碼是多少。字節的機器代碼是多少

38、。數據以高字節地址為字地址存放。數據以高字節地址為字地址存放。 答：答：(PC)=240，取指后，取指后，PC=243，要求轉移到，要求轉移到200，相對，相對位移量位移量=200-243=-43=D5H，符號擴展為，符號擴展為FFD5H，大端原則，大端原則下，第二字節為下，第二字節為FFH,第三字節第三字節D5H【例例】設某機器字長設某機器字長16bit，主存容量為，主存容量為64K字字,指令格式指令格式為單字長單地址，共為單字長單地址，共64條指令。試說明：條指令。試說明：（4） 采用直接采用直接/間接、頁面尋址的組合尋址方式，指令間接、頁面尋址的組合尋址方式，指令的訪存空間？、直接尋址空

39、間的訪存空間？、直接尋址空間=?答：答：64條指令，操作碼需條指令，操作碼需6位編碼，位編碼， 1位位標志、標志、1位位Z/C標志，直接的地址碼標志，直接的地址碼=8位，直接尋址空間為：位，直接尋址空間為：28=0.25K字字; 間接尋址空間為：間接尋址空間為：216=64K字。訪存空間字。訪存空間=64K字。字。【例例】設某機器字長設某機器字長16bit，主存容量為，主存容量為64K字字,指令格式采指令格式采用單字長單地址，共用單字長單地址，共50條指令。若有直接、間接、變址、條指令。若有直接、間接、變址、相對尋址四種尋址方式，試設計其格式。相對尋址四種尋址方式，試設計其格式。答：操作碼答：

40、操作碼6b、尋址方式、尋址方式2b、地址碼、地址碼8b11. 堆棧尋址堆棧尋址(1) 堆棧的特點堆棧的特點堆棧堆棧 硬堆棧硬堆棧軟堆棧軟堆棧多個寄存器多個寄存器指定的存儲空間指定的存儲空間先進后出先進后出（一個入出口）（一個入出口） 棧頂地址棧頂地址 由由 SP 指出指出 11FFFH +12000 H進棧進棧 （SP） 1 SP出棧出棧 （SP）+ 1 SP棧棧 頂頂棧底棧底 2000 HSP2000 H1FFF HSP1FFFH棧頂棧頂棧底棧底 進棧進棧出棧出棧 1FFF H棧頂棧頂 2000 H棧頂棧頂(2) 堆棧尋址舉例堆棧尋址舉例15200HACCSP X棧頂棧頂 200H棧底棧底

41、主存主存 151FFHACCSP15棧頂棧頂 200H棧底棧底 主存主存 X1FFHPUSH A 前前PUSH A 后后POP A 前前POP A 后后Y1FFHACCSPX棧頂棧頂 200H棧底棧底 主存主存 151FFH15200HACCSP棧頂棧頂 200H棧底棧底 主存主存 X15(3) SP 的修改與主存編址方法有關的修改與主存編址方法有關 按按字字編址編址進棧進棧出棧出棧（SP） 1 SP（SP） + 1 SP 按按 字節字節 編址編址存儲字長存儲字長 16 位位進棧進棧出棧出棧（SP） 2 SP（SP） + 2 SP存儲字長存儲字長 32 位位進棧進棧出棧出棧（SP） 4 SP（

42、SP） + 4 SP7.4 指令格式舉例指令格式舉例一、設計指令格式時應考慮的各種因素一、設計指令格式時應考慮的各種因素1. 指令系統的指令系統的 兼容性兼容性（向上兼容向上兼容）2. 其他因素其他因素操作類型操作類型數據類型數據類型指令格式指令格式 包括指令個數及操作的難易程度包括指令個數及操作的難易程度指令字長是否固定指令字長是否固定尋址方式尋址方式寄存器個數寄存器個數地址碼位數、地址個數、尋址方式類型地址碼位數、地址個數、尋址方式類型操作碼位數、是否采用擴展操作碼技術，操作碼位數、是否采用擴展操作碼技術，確定哪些數據類型可參與操作確定哪些數據類型可參與操作指令尋址、操作數尋址指令尋址、操

43、作數尋址寄存器的多少直接影響指令的執行時間寄存器的多少直接影響指令的執行時間? 指令中地址個數的選擇考慮指令中地址個數的選擇考慮 對于同一問題，用對于同一問題，用3地址指令編寫的地址指令編寫的程序程序最短，最短，但指令長度最長，而用但指令長度最長，而用2、1、0地址指令來編寫程地址指令來編寫程序，程序的長度一個比一個長，但指令的長度一序，程序的長度一個比一個長，但指令的長度一個比一個短。個比一個短。7 地址數指令的特點和適用場合地址數指令的特點和適用場合返回返回二、指令格式舉例二、指令格式舉例1. PDP 8指令字長固定指令字長固定 12 位位 操作碼操作碼 間間 頁頁 地址碼地址碼訪存類指令

44、訪存類指令 0235411寄存器類指令寄存器類指令 1 1 1 輔助操作碼輔助操作碼02 311I/O 類指令類指令 1 1 0 設備設備 操作碼操作碼02 31198采用擴展操作碼技術采用擴展操作碼技術2. PDP 11源地址源地址OP4 6 6 16 16目的地址目的地址存儲器地址存儲器地址1存儲器地址存儲器地址2OP10 6 16目的地址目的地址存儲器地址存儲器地址目的地址目的地址4 6 6源地址源地址OP 10 6目的地址目的地址OP-CODE16OP-CODE指令字長有指令字長有 16 位、位、32 位、位、48 位三種位三種零地址零地址 (16 位位)一地址一地址 (16 位位)二地址二地址 R R (16 位位)二地址二地址 R M (32 位位)二地址二地址 M M (48 位位)擴展操作碼技術擴展操作碼技術3. IBM 360OPR1R2 RR格式格式 8 4 4OPR1XBD RX格式格式 8 4 4 4 12OPR1R3