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1、机器指令系统课件 制作:钱光明,主要内容:11、基本概念；2、指令格式;3、寻址方式;4、相关重要硬件（PC、PSW、及堆栈）;5、典型指令系统；,1.基本概念指令：要计算机执行的某种操作命令。指令系统：一般指一台计算机中所有机器指令 的集合。它是机器硬件设计的依据，也是软件设计的基础。是硬件和软件间的界面。系列计算机：ARM,IBM，PDP-11，VAX-11，Intel CISC-复杂指令系统计算机 RISC-精简指令系统计算机注:本章下面谈到的指令均指机器指令.,考研真题*：（2009年）17、下列有关RISC的叙述中，错误的是 A.RISC普遍采用微程序控制器 B.RISC大多数指令在
2、一个时钟周期内完成 C.RISC的内部通用寄存器数量相对CISC多 D.RISC的指令数、寻址方式和指令格式种类相对CISC少.,一个指令系统一般应考虑：1）.完备性：指令丰富，功能齐全，使用方便。2）.有效性：程序占空间小，执行速度快。3）.规整性：对称性，匀齐性，指令格式和数据格式的一 致性。4）.兼容性：“向上兼容”-系列机中低档机上运行的软件可以在高档机上运行。,三星S3C2440指令举例:LDR R0,R1,#4;R0(R1)+4 ADD R0,R0，#0 x11;R0(R0)+0 x11 注意重要硬件-寄存器。,麓芯1号指令举例:MOV R0,R1;(R0)R1 000110 10
3、 000 10 001 ADD R0,R1;(R0)+(R1)R1 000111 10 000 10 001注意重要硬件-寄存器。,2.指令格式表示一条指令的机器字，称为指令字，简称指令。它以二进制代码存往指令寄存器(重要硬件)。指令字的组成：操作码(OPCODE)+地址码(Address code)和/或称操作数(OPERAND)指令字的长度：定长 或变长2.1操作码(OP)-操作的性质 1）指令系统中的每条指令都要对应一个操作码;2）OP的位数取决于指令系统的规模;,2.2 地址码(Address code)和/或操作数 1）按地址的数目可分为:三地址指令 OP A1 A2 A3(A1)O
4、P(A2)A3 二地址指令 OP A1 A2(A1)OP(A2)A1 一地址指令 OP A(AC)OP(A)AC 注意重要硬件AC 零地址指令 OP 只有OP，无地址码。如停机，空操作，堆栈指令等。2）从操作数的物理位置分:访问内存 访问寄存器 访问内存和寄存器型,为什么一般少设计三地址指令？,2.3 指令格式举例 1）.PDP-11指令格式 单字长格式 10 3 3 寻址方式 寄存器号 4 3 3 3 3 源操作数 目的操作数2）.8088/8086指令格式（略）,3.寻址方式(Addressing Mode)所谓寻址方式，就是寻找指令或操作数的有效地址 的方式。3.1 指令的寻址方式 1）
5、顺序寻址 程序指令在主存中顺序存放；执行时逐条取出并逐条执行；CPU中必须有一个程序计数器PC（或指令指针IP），每执行一条指令，PC加 1（或2或一个其它固定值），以指出下条指令的地址。注意重要硬件PC。,指令顺序寻址过程：程序（指令）内存：,101,100,PC：,100,：,+1,：,2）跳跃寻址 当程序中出现分支或循环时，就会改变程序的执行顺序。下条指令的地址由指令本身给出。,3.2 操作数的寻址方式形成操作数有效地址的方法。单地址:操作码 特征码 形式地址 双地址:操作码 特征码1 形式地址1 特征码2 形式地址2 机型不同,寻址方式各异.,地址码的构成:X,D,OP,X1,D1,X
6、2,D2,1）立即寻址 地址码字段不是操作数的地址，而是操作数本身。例1：8086机 MOV AX,2038H；2038HAX 例2：PDP-11机 ADD#200,R0；（R0）+200 R0 注意重要硬件:通用寄存器,2）寄存器（直接）寻址(Register Addressing)操作数在CPU的内部寄存器中。例1：8086机 MOV AX,BX；AX(BX)INC AX;AX(AX)+1 例2：PDP-11机 MOV R1,R0；（R1）R0 INC R1;（R1)+1R1,3）（存储器）直接寻址(Direct Addressing)由地址码字段直接给出操作数在内存中的地址。一般形式举例
7、：E=D,编码举例:X=00 立即寻址X=01 寄存器寻址X=10 直接寻址X=11 间接寻址,4）.间接寻址(Indirect Addressing),D是操作数地址的地址 E=(D)（存储器）间接寻址举例：,（寄存器）间接寻址举例：PDP-11指令:ADD(R0),R1;(R0)+(R1)R1,5）.相对寻址(Relative Addressing),D加(PC)作为操作数的地址.,PC,6）.变址寻址(Index Addressing),一个特殊寄存器R，称为变址寄存器.R,OP,X4,200,3000,操作数,R,3200,7）.基值寻址(Base Addressing),与变址类似.
8、基值(变址)寻址的主要作用:扩大寻址能力;-基值寻址 实现程序和数据的浮动;-基值寻址 易于用循环程序处理数组问题;-变址寻址 变址与基值寻址的不同之处*:基值寻址:(多由OS提供)基值R提供基准量,指令提供位移量;变址寻址:(多由用户提供)变址R提供修改量,指令提供基准量.,8）.复合寻址(Composite Addressing),将间址、相对、变址和基值等组合.变址间址举例：先变址,后间址.,R,考研真题*：（2009年）16、某计算机的字长16位，主存按字节编址，转移指令采用相对寻址，由两个字节组成，第一字节为操作码字段，第一字节为相对位移量字段。假定取指令时，每取一个字节PC自动加1
9、。若某转移指令所在主存地址为2000H，相对位移量字段的内容为06H，则该转移指令成功以后的目标地址是A2006H B.2007H C.2008H D.2009H.,4.堆栈及程序状态字PSW,4.1堆栈-存放程序运行轨迹的特殊单元区.一组专门的寄存器.或是一块专门的内存区.特点:后进先出。下面只讲存储器堆栈:用一部分主存空间专作堆栈.优点:a.长度可随意;b.堆栈的数目可随意指定;c.寻址简单-用访内指令.,重要硬件支持:SP(stack pointer)-堆栈指示器(栈指针),CPU中一个专门寄存器.SP的内容是栈顶的单元地址，改变SP的内容即可移动栈顶的位置.注意:主存中某一部分作为堆栈
10、区后,该部分不能作其它用途.,一种堆栈方式：进栈举例：PUSH R;(R)(SP)，(SP)-1SP,R,出栈举例：POP R;(SP)+1SP，(SP)R,R,另一种堆栈方式：8086 堆栈指令例：PUSH AX 分两次完成：(SP)1 SP,(AH)(SP);(SP)1 SP,(AL)(SP);POP AX 分两次完成：(SP)AL,(SP)+1 SP;(SP)AH,(SP)+1 SP;,进栈举例：PUSH AX;,108,107,106,108,SP,AX,1234,出栈举例：POP AX;,AX,SP,108,107,106,12,34,106,偶数地址表示举例：,本机型(80X86)
11、SP始终指向“满”单元。,关于堆栈要注意两点：是“向下增长”还是“向上增长”；SP是指向“满”单元还是指向“空”单元。,4.2.程序状态字PSW(Program Status Word)状态条件寄存器(PSW程序状态字):存放机器和程序运行的当前状态.以8086为例:8086 标志寄存器FR(Flag Register)O 溢出 D 方向 I 中断允许 T 追踪 S 符号 Z 零 A 辅助进位 P 奇偶 C 进位,以PDP-11为例:C；产生进位或借位时，C置为1，否则置0；CarryV：运算产生溢出时，V置为1，否则置0；OverflowZ：运算结果为零时，Z置为1，否则置0；ZeroN：运
12、算结果为负时，N置为1，否则置0；NegativeT：跟踪标志位，程序调试时用来设置断点；57位：这3位反映现行程序的优先级别。,5.典型指令系统5.1 8088/80861）.数据传送类 取数 MOV AX，TEMP 存数 MOV TEMP，AX 传送 MOV AX，CX2）.算术运算类 ADD，ADC，SUB，INC，DEC,MUL，DIV等.求补 NEG，比较 CMP等.3）.逻辑运算类 NOT，AND，OR，XOR等.,注意次序是从“右”到“左”,4）.移位指令-（下页有例子*）算术移位、逻辑移位（及循环移位）。SHR SAR ROR RCR5）.程序控制类 无条件转移 JMP;转子程
13、序 JSR 条件转移 JNZ JNC JZ JC 子程序返回 RET 中断返回 IRET6）.输入/输出类 IN AX，n OUT n,AX7）.其他类 标志操作：CLC（clear carry flag)STC(set carry flag)CLI(clear interrupt elable flag)HLT，WAIT等,注意PDP-11无IN和OUT指令,移位指令举例*：例1：MOV CL,5;设定移位次数 SAR DI,CL;算术右移设指令执行前:(DS)=0F800H,(DI)=180AH,(0F980A)=0064H.则指令执行后:(0F980A)=0003H，CF=0.例2：MO
14、V CL,2;设定移位次数 SHL SI,CL;逻辑左移设指令执行前:(SI)=1450H.则指令执行后:(SI)=5140H，CF=0.,5.2 PDP-11指令常见英文缩写:BNE:Branch Not Equal BEQ:Branch on Equal BPL:Branch on PlusBMI:Branch on MinusBGT:Branch on Greater BLT:Branch on Less Than ZeroBR:Branch RTS:Return from Subroutine,注意传数次序是从左到“右”,PDP-11程序段举例*R0=%0；0赋值给R0R1=%1R2=%2R3=%3；循环变量=500DATA：WORD A,B,C,D,SSTART：MOV#3,R3MOV#DATA,R0；开始AR1MOV（R0+,R1M：ASL R1；开始第一次A*10MOV R1,R2；R1 R2 ASL R1ASL R1ADD R2,R1；ADD（R0）+,R1；A*10+BDEC R3BNE MMOV R1,（R0）；放结果HALTEND START,注意传数次序是从左到“右”,
