第5章 指令系统(2)

2、RISC计算机 、 计算机
RISC：精简指令系统(集)计算机 (reduced ：精简指令系统 集 计算机 instruction set computer)的缩写。 的缩写。 的缩写 RISC 计算机： 计算机：
公司 产品 IBM Power PC DEC Alpha HP HPPA MIPS SUN R10000 SPARC
M[(B1)+D1]<-(M[(B1)+D1])OP(M[(B2)+D2])
PDP-11指令格式 指令格式
16位小型机，采用变长指令格式； 位小型机，采用变长指令格式； 位小型机 CPU内部有 个16位通用寄存器，其中 个作为 ， 内部有8个 位通用寄存器 其中1个作为 位通用寄存器， 个作为PC， 内部有 1个作为 ； 个作为SP； 个作为 提供13种指令格式 种指令格式。 提供 种指令格式。
0
２、SETHI 和Branch 指令
OP OP
31
a
rd Cond.
OP2 OP2
25 24 22 21
imm(22bits) Disp(22bits)
0
30 29 28
SPARC指令格式 指令格式
３、其他指令 OP OP OP
31 30 29
rd rd rd
OP3 OP3 OP3
25 24 19 18
寻址方式举例 (以Intel 80x86指令系统为例 指令系统为例) 以 指令系统为例
立即(数 寻址 寻址： MOV AX,1234H 立即 数)寻址： 直接寻址： MOV AX,[1000H] 直接寻址： 间接寻址： INT 21H； MOV AX,[BX] 间接寻址： ； 寄存器寻址： MOV AX,BX 寄存器寻址： 寄存器间接寻址： 寄存器间接寻址： MOV AX,[BX] 偏移寻址：有3种，见下页 偏移寻址： 种 (相对寻址 JE AAA；JZ AAA；JC AAA 相对寻址) 相对寻址 ； ； (寄存器相对寻址 MOV AX,[SI+06H] 寄存器相对寻址) 寄存器相对寻址 (基址变址寻址 MOV AX,[BX+SI] 基址变址寻址) 基址变址寻址 堆栈寻址： 堆栈寻址： PUSH AX；POP AX ；
IBM大型机的指令格式 大型机的指令格式
IBM 360/370指令格式：（有5种指令格式） 指令格式：（ 种指令格式） 指令格式：（有 种指令格式
RR： OP R1 R2 ： RX： OP R1 X2 B2 ： RS： OP R1 R3 B2 ： SI： OP imm B1 ： SS： OP Length B1 ： D2 D2 D1 D1 R1<-(R1)OP(R2) R1<-(R1)OP(M[(X2)+(B2)+D2]) R1<-(R3)OP(M[(B2)+D2]) M[(B1)+D1]<- imm B2 D2
BR=基址寄存器 基址寄存器 IR=变址寄存器 变址寄存器 L/CR=链接或 链接或 计数寄存器 GPR=通用寄存器 通用寄存器 FPR=浮点寄存器 浮点寄存器 D=偏移量 偏移量 I=立即数 立即数
指令格式
指令长度： 通常）以字节为单位。 指令长度： （通常）以字节为单位。 位的分配： 位的分配：
寻址方式数目 操作数数目 寄存器组的数目 地址范围 地址粒度
SPARC指令格式 指令格式
SPARC指令字长 位，有3种指令格式，6种指令 指令字长32位 种指令格式， 种指令 指令字长 种指令格式 类型。 类型。
3种指令格式： 种指令格式
１、CALL指令 指令
OP
31 30 29
Disp(30bits)
4
操作码
6 3
R
6 6
源
源 目标
源和目标：每个都有 位寻址方 源和目标：每个都有3位寻址方 式和3位寄存器号 位寄存器号。 式和 位寄存器号。
7
操作码
8
操作码
8
位移量
8 13
2
6 3
R
10
操作码
6
目标
12
操作码
4
Байду номын сангаасCC
操作码 FP 目标
16
操作码
操作码
4 8 4
6 2 6
6 6 6
16 16 16
7
E=（rs1)+(rs2) ;i=0 （ E= (rs1)+Simm14; i=1
某些指令的实现技巧
SPARC约定 的内容恒为 。 约定R0的内容恒为 约定 的内容恒为0。 指令
move inc dec neg not
功能
寄存器间传送数据 寄存器内容+1 寄存器内容 寄存器内容-1 寄存器内容 取负数 取反码
EA=A+（R） （ ） R<=(R)+1
返回
RISC和CISC计算机 和 计算机
1、CISC计算机 、 计算机
CISC：复杂指令系统(集)计算机 (complex ：复杂指令系统 集 计算机 instruction set computer)的缩写。 的缩写
DEC公司的 公司的VAX11/780计算机、Intel公司的 计算机、 公司的80x86微处 公司的 计算机 公司的 微处 理器、 公司的大、 理器、IBM公司的大、中型计算机都是 公司的大 中型计算机都是CISC。 。
SPARC指令类型 指令类型
算术运算/逻辑运算 移位运算指令 算术运算 逻辑运算/移位运算指令：31条 逻辑运算 移位运算指令： 条 LOAD/STORE指令：22条 指令： 条 指令 控制指令： 条 控制指令：5条 写专用寄存器指令： 条 读/写专用寄存器指令：8条 写专用寄存器指令 浮点运算指令+协处理器指令 浮点运算指令 协处理器指令
操作数=A 操作数 LA=R LA=（SR）+A （ ） LA=（SR）+（B） （ ） （ ） LA=（SR）+（B）+A （ ） （ ） LA=（SR）+（I）*S+A （ ） （） LA=（SR）+（B）+（I）+A （ ） （ ） （） LA=（SR）+（B）+（I）*S+A （ ） （ ） （） LA=（PC）+A （ ）
偏移寻址
Displacement addressing： ：
相对寻址（ 相对寻址（relative addressing)
PC +偏移量；相对转移类指令 偏移量； 偏移量
基址寄存器寻址(base-register addressing) 基址寄存器寻址
基址寄存器值+偏移量 基址寄存器值 偏移量
变址(indexing) 变址
SPARC指令的寻址方式举例 指令的寻址方式举例
算术逻辑运算： 算术逻辑运算：
(rs1)OP(rs2)->rd (i=0) (rs1)OP Simm13->rd (i=1)
LOAD/STORE指令 指令
LOAD把存储器中的数据送 中； 把存储器中的数据送rd中 把存储器中的数据送 STORE把rd中的内容送存储器中。 中的内容送存储器中。 把 中的内容送存储器中 存储器的地址计算： 存储器的地址计算：
操作码
3
R
6
源
16
存储器地址
操作码 源 目标 存储器地址
10
操作码
6
16
操作码 FP 目标 存储器地址
目标 存储器地址
16
存储器地址1 存储器地址2 操作码 源 目标 存储器地址 存储器地址
向量指令举例
向量指令：完成向量运算的指令。例如： 向量指令：完成向量运算的指令。例如：
A=B+C Cyber-205机器的向量指令格式： 机器的向量指令格式： 机器的向量指令格式
Pentium中的寻址方式分析 中的寻址方式分析
PowerPC的寻址方式 的寻址方式
方式 间接 间接变址 绝对 相对 间接 寄存器 立即 寄存器 算法 装入/存储寻址 装入 存储寻址 EA=（BR）+D （ ） EA=（BR）+（IR） （ ） （ ） 转移寻址 EA=I EA=（PC）+I （ ） EA=（L/CR） （ ） 定点计算 EA=GPR 操作数=I 操作数 浮点计算 EA=FPR
RISC的特点 的特点
计算机执行程序所需要的时间P： 计算机执行程序所需要的时间 ：
P=I＊CPI＊T ＊ ＊ 其中： 为指令的数目 机器指令）； 为指令的数目（ ）；CPI为每条指令执行所需要 其中：I为指令的数目（机器指令）； 为每条指令执行所需要 的平均周期数， 为每个机器周期时间 为每个机器周期时间。 的平均周期数，T为每个机器周期时间。
替代 指令
实现方法
ADD ADD SUB SUB XOR
clear 清除寄存器内容 Cmp,test 比较测试
(rs)+(r0)->rd (rs)+1->rd (imm13=1) (rs)-1->rd(imm13=-1) r0-rs->rd rs xor 11..1 ->rd (imm13=-1) ADD r0+r0->rd SUB (rs1)-(rs2)->r0
Pentium的寻址方式 的
LA=线性地址 线性地址 A=指令中地址字段的内容 指令中地址字段的内容 I=变址寄存器 变址寄存器 方式 立即 寄存器 偏移 基址 基址带偏移量 比例变址带偏移 基址带变址和偏移量 基址带比例变址和偏移量 相对 （X）=X的内容 ） 的内容 R=寄存器 寄存器 S=比例因子 比例因子 SR=段寄存器 段寄存器 B=基址寄存器 基址寄存器 PC=程序计数器 程序计数器 算法