组成与体系结构(6)
计算机组成原理与体系结构
计算机组成原理与体系结构计算机组成原理（Computer Organization）是计算机科学与技术中的一门基础课程，主要研究计算机硬件与软件的组成和相互关系。
而计算机体系结构（Computer Architecture）则关注计算机系统的组织、功能和实现技术。
今天，我们将探讨计算机组成原理与体系结构的主要内容和重要性。
一、计算机组成原理的基本概念计算机组成原理是指计算机硬件和软件之间的关系。
它包括计算机的硬件设计、指令系统的设计和计算机内部结构的设计。
计算机组成原理主要研究以下几个方面：1. 计算机硬件设计：阐述了计算机中各种硬件组件的功能和相互关系，如中央处理器（CPU）、内存、输入输出设备等。
2. 指令系统的设计：指令系统是计算机硬件与软件交互的桥梁。
通过研究指令系统的设计，可以了解计算机的指令集类型、指令格式和操作码等。
3. 计算机内部结构的设计：指计算机中各个硬件组件之间的连接和数据流动方式。
这包括了数据路径、控制器和存储器等。
二、计算机体系结构的基本概念计算机体系结构是指计算机系统的组织和功能。
它描述了计算机中各个部件相互之间的关系以及这些部件的功能和特性。
计算机体系结构主要研究以下几个方面：1. 指令集体系结构（ISA）：指令集体系结构确定了计算机系统中可执行的指令类型和操作。
ISA的设计决定了计算机的运算能力和适用领域。
2. 计算机层次结构：计算机系统按层次结构组织，分为硬件、操作系统和应用程序。
这些层次间的协作和接口规范对于实现高效的计算机系统至关重要。
3. 存储器系统：存储器系统包括主存储器、高速缓存和辅助存储器。
合理的存储器层次结构设计可以提高计算机系统的性能。
4. 输入输出系统：输入输出系统是计算机与外部设备之间的接口。
它负责数据的输入输出以及外设的控制和管理。
通过研究计算机组成原理与体系结构，我们可以更好地理解计算机的工作原理，为计算机系统的设计、优化和性能提升提供基础。
计算机组成与体系结构
计算机组成与体系结构计算机组成与体系结构是计算机科学中的重要理论基础之一。
它涉及到计算机硬件架构、逻辑设计和计算机内部各组件之间的相互关系。
本文将从计算机的组成和体系结构的概念入手，深入讨论计算机内部各组件的功能和相互连接的方式，同时介绍计算机的工作原理和性能优化。
一、概念解析在介绍计算机组成与体系结构之前，首先需要澄清它们的定义。
计算机的组成是指计算机硬件部件的构成和相互连接方式，包括中央处理器（CPU）、存储器、输入输出设备等。
而计算机的体系结构则是指计算机的功能与数据的表示方式，包括指令集体系结构（Instruction Set Architecture，ISA）和处理器微体系结构（Microarchitecture）。
二、计算机组成1. 中央处理器（CPU）中央处理器是计算机的核心，负责执行指令和进行运算。
它由运算器和控制器组成，其中运算器用于执行各类算术和逻辑运算，而控制器则负责解析和执行指令。
CPU中的寄存器用于存储指令和数据。
2. 存储器存储器用于存储指令和数据，是计算机的内部存储设备。
常见的存储器包括内存（主存）和硬盘（辅助存储器）。
内存用于暂时存储正在执行的程序和数据，而硬盘则用于永久存储程序和数据。
3. 输入输出设备输入输出设备用于计算机与外部世界的信息交换。
常见的输入设备有键盘、鼠标和扫描仪，而输出设备包括显示器、打印机和音频设备。
输入输出设备通过接口与计算机主机相连接。
三、计算机体系结构1. 指令集体系结构（ISA）指令集体系结构定义了处理器与软件之间的接口，包括指令的类型、寻址方式和编码方式。
常见的ISA有x86、ARM和MIPS等。
ISA的选择和设计对计算机的性能和运行效率有很大影响。
2. 处理器微体系结构（Microarchitecture）处理器微体系结构是指处理器内部的设计和实现方式，包括流水线、超标量、乱序执行等技术。
微体系结构的优化可以提高处理器的性能和执行效率，比如增加缓存、优化指令调度算法等。
计算机组织与体系结构基础知识
计算机组织与体系结构基础知识计算机组织与体系结构是计算机科学与技术的核心内容之一，它涉及到计算机硬件与软件之间的关系，对于计算机的设计、开发和性能优化非常重要。
本文将介绍计算机组织与体系结构的基础知识，包括计算机的基本组成、层次结构、指令集和存储器层次结构。
一、计算机的基本组成计算机由五大基本部件组成，包括中央处理器（Central Processing Unit，CPU）、内存（Memory）、输入设备（Input Devices）、输出设备（Output Devices）和存储设备（Storage Devices）。
其中，CPU被认为是计算机的“大脑”，负责执行指令和进行算术逻辑运算；内存用于存储程序和数据；输入设备用于接收外部数据；输出设备用于向外部传递计算结果；存储设备用于长期保存程序和数据。
二、计算机的层次结构为了更好地组织和管理计算机的各个部件，计算机的层次结构被划分为多个层次。
常见的计算机层次结构包括：物理层、逻辑层、微程序层和操作系统层。
物理层是计算机硬件的实际实现，如电路布线、芯片等；逻辑层是计算机硬件与软件之间的接口，约定了数据的格式和传输方式；微程序层是针对指令的解码和执行过程设计的指令集；操作系统层负责管理和协调计算机的各个硬件和软件资源。
三、计算机的指令集指令集是计算机硬件和软件之间的桥梁，它规定了CPU能够识别和执行的指令。
常见的指令集包括：复杂指令集计算机（Complex Instruction Set Computer，CISC）和精简指令集计算机（Reduced Instruction Set Computer，RISC）。
CISC指令集包含了大量的指令和地址模式，具有丰富的功能和灵活性，但执行效率相对较低；RISC指令集则精简了指令和地址模式，提高了执行效率，但牺牲了部分功能和灵活性。
四、计算机的存储器层次结构计算机的存储器层次结构是指从CPU访问数据时所涉及到的多级存储器。
计算机组成与体系结构
计算机组成与体系结构计算机作为现代社会不可或缺的工具，已经深入到我们生活的方方面面。
我们使用电脑上网、购物、学习、娱乐，但是我们是否了解计算机背后的组成和体系结构呢？本篇文章将为大家介绍计算机组成与体系结构。
一、计算机组成计算机的组成由许多不同而又密切相连的部分组成，每个部分都有不同的功能。
首先，计算机的核心部分是中央处理器（CPU），它负责执行计算和控制计算机的运行。
在CPU中，最重要的是微处理器，它由数以亿计的晶体管组成，可以执行指令和处理数据。
另外一个重要的组成部分是内存（RAM），cpu对于存储在内存中的数据进行读取和写入。
内存是计算机的临时存储器，可以快速读取和存储数据。
此外，硬盘和固态硬盘也是计算机存储的一部分，它们用来长期保存数据和文件，因为它们可以在断电的情况下保持数据的完整性。
与存储器有关的还有数据总线和地址总线，它们用来传输数据和地址信息。
数据总线是用来传输数据的，地址总线是用来指示存储器的地址。
它们是计算机内部不同部件之间进行通信的重要通道。
最后，输入和输出设备也是计算机的关键组成部分。
输入设备包括键盘、鼠标、摄像头等，用于向计算机输入数据。
输出设备包括显示屏、打印机和扬声器等，用于将计算机处理的数据显示或输出。
二、计算机体系结构计算机体系结构是指计算机硬件和软件之间的接口，它决定了计算机如何工作和组织。
常见的计算机体系结构包括冯·诺依曼体系结构和哈佛体系结构。
冯·诺依曼体系结构是最早也是最流行的计算机体系结构。
它的特点是将数据和指令存储在同一个内存中，通过加载不同的地址来区分。
这种体系结构简单易懂，但是存在着内存瓶颈和指令和数据取得效率较低的问题。
哈佛体系结构是一种改进的体系结构。
与冯·诺依曼体系结构不同的是，哈佛体系结构分别存储指令和数据，通过不同的总线进行传输。
这样可以提高指令和数据的并行处理效率，但是会增加硬件的复杂度和成本。
另外，还有一些特殊的体系结构，例如向量处理器、超标量处理器和多核处理器等。
计算机系统结构与组成
计算机系统结构与组成计算机是人类创造的一种自动执行计算、存储和处理信息的工具。
而计算机系统结构与组成则是指计算机在硬件和软件两个层面上的组成和结构安排。
本文将就计算机系统结构与组成的相关内容进行详细阐述。
一、计算机硬件组成计算机硬件是指计算机内部的实体部件，包括中央处理器（CPU）、存储器、输入输出设备等。
下面将详细介绍计算机硬件组成的各个部分。
1. 中央处理器（CPU）中央处理器是计算机系统的核心部件，主要负责执行各种指令和进行数据处理。
CPU由控制单元和算术逻辑单元组成，分别负责控制程序流程和执行运算。
2. 存储器存储器用于存储计算机程序和数据。
主要分为主存储器和辅助存储器两种类型。
主存储器指的是CPU能够直接访问的内存，而辅助存储器则是指磁盘、固态硬盘等存储设备。
3. 输入输出设备输入输出设备用于实现计算机与外部世界的信息交互。
常见的输入设备包括键盘、鼠标、扫描仪等；输出设备包括显示器、打印机、音响等。
二、计算机软件组成计算机软件是指控制计算机硬件工作的程序和数据，分为系统软件和应用软件两类。
下面将具体介绍计算机软件组成的两个部分。
1. 系统软件系统软件是计算机操作系统及其相关辅助工具的总称。
操作系统是计算机系统的核心软件，负责管理计算机硬件资源、提供用户接口、调度任务等。
辅助工具则包括编译器、调试器、驱动程序等。
2. 应用软件应用软件是根据用户需求而开发的各种软件程序，包括文字处理软件、图像处理软件、视频编辑软件等。
它们通过系统软件与计算机硬件进行交互，实现特定的应用功能。
三、计算机系统结构计算机系统结构是指计算机硬件和软件之间的组织和安排方式。
根据计算机系统结构的不同，可以分为冯·诺依曼结构和哈佛结构两种。
1. 冯·诺依曼结构冯·诺依曼结构是目前广泛采用的一种计算机系统结构。
它将存储器、控制单元和算术逻辑单元集中在一起，通过总线进行数据传输。
程序和数据都存储在同一块存储器中，按照顺序执行。
计算机组成与系统结构基础
计算机组成与系统结构基础计算机已经成为现代社会不可或缺的一部分，而计算机组成与系统结构作为计算机科学的基础，对于我们深入理解计算机的工作原理和提高计算机性能起到了至关重要的作用。
本文将从计算机组成的基本概念、主要硬件组成以及系统结构等方面进行探讨。
一、计算机组成的基本概念1.1 计算机组成与计算机体系结构的关系计算机组成和计算机体系结构是紧密相关的概念，计算机组成是指计算机硬件方面的设计和实现，而计算机体系结构是指计算机硬件和软件之间的接口关系。
计算机组成与计算机体系结构共同决定了计算机的性能和功能。
1.2 计算机组成的基本要素计算机组成由处理器、存储器、输入输出设备和总线等多个基本要素组成。
其中，处理器是计算机的核心部件，负责执行指令和数据的处理；存储器用于存储程序和数据；输入输出设备用于与计算机进行信息的交互；总线用于连接各个硬件组件。
二、主要硬件组成2.1 中央处理器（CPU）中央处理器是计算机的核心部件，由控制单元和算术逻辑单元组成。
控制单元负责解析和执行指令，控制数据的流动；算术逻辑单元负责执行算术和逻辑运算。
2.2 存储器存储器是计算机用于存储程序和数据的设备，包括内存和外存。
内存是计算机中临时存储数据和指令的地方，而外存则用于长期保存数据。
2.3 输入输出设备输入输出设备用于与计算机进行信息的输入和输出。
常见的输入设备有键盘、鼠标和扫描仪等，而常见的输出设备有显示器、打印机和音响等。
2.4 总线总线是计算机内部各个硬件部件之间传递信息的通道，可以分为数据总线、地址总线和控制总线。
数据总线负责传输数据，地址总线负责指定数据所在的存储位置，控制总线负责传递控制信号。
三、系统结构3.1 单指令流水线单指令流水线是一种常见的系统结构，它可以提高计算机的运行效率。
在单指令流水线结构中，每个指令在不同的处理器阶段被执行，使得多个指令可以在同一时刻进行处理。
3.2 多级存储器系统多级存储器系统是一种常见的存储器层次结构，可以提高计算机存取数据的速度。
计算机组成与体系结构
计算机组成与体系结构计算机组成是指计算机硬件的组成和功能实现。
一个典型的计算机包括中央处理器（CPU）、内存、输入输出设备（I/O）和存储设备。
中央处理器是计算机的核心部件，负责执行计算机指令和进行数据处理。
内存用于存储指令和数据，而I/O设备则负责与外部环境交互，例如键盘、显示器、磁盘等。
存储设备用于长期存储数据，例如硬盘和固态硬盘。
计算机的体系结构是指计算机硬件和软件之间的接口和交互方式。
最常见的体系结构是冯·诺依曼体系结构，它将指令和数据存储在同一块内存中，并使用存储程序的方式执行指令。
指令的执行包括取指、译码、执行和写回几个阶段，其中取指和执行阶段是由CPU实现的。
除了冯·诺依曼体系结构，还有一些其他的体系结构，如哈佛体系结构、超标量体系结构和向量体系结构等。
1. 计算机硬件设计：包括处理器、内存、输入输出设备和存储设备等的设计与实现。
硬件设计需要考虑性能、功耗、成本等因素，并使用硬件描述语言（如Verilog或VHDL）进行描述和仿真。
2.操作系统：操作系统是计算机的软件部分，负责管理计算机硬件和软件资源，提供统一的接口和服务给应用程序。
操作系统需要了解计算机硬件的组成和工作原理，以便有效地管理资源。
3.指令集架构：指令集架构定义了计算机的指令集和指令的执行方式。
指令集架构可以分为复杂指令集架构（CISC）和精简指令集架构（RISC），它们在指令的数量、复杂度和执行效率上有所不同。
4.性能优化：性能优化是指通过硬件和软件技术手段提高计算机的运行速度和效率。
性能优化需要研究计算机硬件的设计和优化、指令级并行、流水线技术、分支预测等。
5.并行计算：并行计算是指利用多个处理器并行地执行计算任务。
并行计算可以提高计算机的计算能力和处理能力，涉及到处理器间的通信和数据同步等问题。
6.存储系统：存储系统是计算机的重要组成部分，包括内存和硬盘等。
存储系统的设计需要兼顾容量、速度、可靠性和成本等方面的考虑。
计算机组成与体系结构
计算机组成与体系结构计算机是现代科技的杰作，它的功能与性能取决于其组成和体系结构。
计算机组成与体系结构是计算机科学中一个重要的领域，它涉及到计算机硬件的构成和相互间的关系。
一、计算机组成计算机组成包括硬件和软件两个方面。
硬件是指计算机的实体部分，包括中央处理器（CPU）、存储器、输入输出设备等。
软件是指计算机程序的集合，用来指导计算机进行各种操作。
计算机组成的关键是各个部件之间的互联方式，包括总线、控制器和寄存器等。
1. 中央处理器（CPU）中央处理器是计算机的核心部分，负责执行计算机指令和处理数据。
它由运算器、控制器和寄存器组成。
运算器负责执行算术和逻辑运算，控制器负责协调和控制整个计算机系统的工作，寄存器用于存储 CPU的指令和数据。
2. 存储器存储器是计算机中用于存储数据和程序的设备。
根据存储介质的不同，可以分为内存和外存。
内存是计算机中的主要存储设备，用于存储正在执行的程序和数据。
而外存是指磁盘、光盘等较慢但容量较大的存储设备，用于长期存储数据。
3. 输入输出设备输入输出设备用于与计算机进行交互，将外部的数据和信息输入到计算机中，或将计算机处理的结果输出给外部。
常见的输入设备有键盘、鼠标和扫描仪等，输出设备有显示器、打印机和音响设备等。
二、计算机体系结构计算机体系结构是指计算机硬件和软件的组织结构，用于抽象和描述计算机的功能和性能。
不同的体系结构可以根据其指令集、内存结构和总线结构等特点进行分类。
1. 单指令流单数据流（SISD）SISD 是最简单的计算机体系结构，它包含一个处理器和一个存储器，并且每次只能处理一个数据。
这种体系结构适用于早期的计算机系统，如冯·诺依曼结构的计算机。
2. 单指令流多数据流（SIMD）SIMD 是指单指令对多个数据执行操作的体系结构。
在 SIMD 结构中，多个处理器同时执行相同的指令，但每个处理器处理的是不同的数据。
这种体系结构适用于并行计算和向量运算等领域。
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参考答案
第二种方法：采用基址寻址方式，指令中给 出8位偏移量，隐含设置1个基址寄存器。 基址寄存器的字长为20位，通过基址寄存 器指向1G地址空间的任意位置，再通过指 令中给出的8位偏移量就能够访问256个连 续地址之一。
七、相对寻址方式
也称程序计数器寻址，其有效地址是指 令中地址码部分给出的形式地址(偏移量Disp) 与程序计数器PC的内容之和。即有效地址是 以当前PC的内容为基准浮动的，浮动的距离 就是偏移量。 偏移量可正可负，通常用补码表示。 相对寻址方式主要应用于相对转移指令。 由于目的地址随PC变化不固定，所以非常适 用于浮动程序的装配与运行。
思考题
• 某计算机系统的指令字长为16位，有二地 址指令和一地址指令两种类型，每个地址 字段的长度为6位。如果二地址指令有x条， 问一地址指令最多可以有多少条？
答案：（16-x）26条
• 5.2.3 指令长度与机器字长的关系
•
机器字长是指计算机能直接处理的二进制数据的 位数，它与计算机的功能和用途有很大的关系，是计 算机的一个重要技术指标。首先，字长决定了计算机 的运算精度，字长越长计算机的运算精度越高，因此 高性能的计算机字长较长。其次，地址码长度决定了 指令直接寻址能力。这对于字长较短（8位或16位） 的微型机来说远远满足不了实际需要，扩大寻址能力 的方法，一是通过增加机器字长来增加地址码的长度； 二是采用地址扩展技术，把存储空间分成若干个段， 用基地址加位移量的方法来增加地址码的长度。 • 指令字长度是指一个指令字中包含二进制代码的 位数。如指令字长度等于机器字长度的指令，称为单 字长指令。
• 指令的地址码部分给出的就是操作数在 存储器中的地址。 • 特点是简单直观， OP …… A 便于硬件实现，但 存储器 操作数地址是指令 的一部分，只能用 操作数 0110H 于访问固定的存储 器单元。 • 例： MOV AX，[0110H]
三、寄存器寻址方式
• 在指令的地址码部分给出某一寄存器的名 称，而所需的操作数地址就在这个寄存器 中。 • 这种方式数据传送快，计算机中多用。 • 例：MOV AX，BX 其中BX为源操作数地址，AX为目的操 作数地址，操作的结果为将BX中的数据传 送（拷贝）到AX中。
一、立即数寻址方式
• 在这种方式中，指令的地址码部分就是指令 的操作数，而不是操作数的地址。 • 优点：取指同时取得操作数，提高指令的运 行速度。 • 缺点：操作数的长度受指令长度的影响，且 不便修改。适合操作数固定的情况。 • 例： MOV AX，1AH的结果： （ AX ）← 1AH
二、直接寻址方式
思考题
• 某处理机的一种访问存储器指令只用8位地 址码，就能够指向一个1G地址空间中任意 256个连续地址之一，请描述这种寻址方式。 （字长32位，主存储器按字节编址，指令 按字寻址）
参考答案
第一种方法：采用变址寻址方式，指令中给 出8位偏移量，如果只设置1个变址寄存器， 则可以隐含。变址寄存器的字长不短于20 位，通过变址寄存器指向1G地址空间的任 意位置，再通过指令中给出的8位偏移量就 能够访问256个连续地址之一。
5.3
•
数据在内存中的存放格式
计算机中基本数据有逻辑数、定点数、无 符号数、浮点数、字符数及数组等。 • 目前微机所用的数据(字)长度一般为32位， 4个字节。内存地址按字节编址。 • 计算机指令系统可支持对字节、半字、字、 双字的运算，有的还支持位操作。 • 为便于硬件的实现，一般要求多字节数据采 用对准数据边界的方式储存。不合要求则填充 空白字节（无操作）代替。
计 算 机 系 统 软 件 操作系统：DOS，WINDOWS，UNIX，...... 机器语言： 二进制,CPU直接执行的指令系统 程序设计 语言 汇编语言： 把源程序汇编成机器语言目标程序 解释执行 高级语言 编译执行 服务程序：KV300，PCTOOLS，...
BASIC易学好记 COBOL事务管理 PASCAL易教好学 FORTRAN 计算 C 长于计算控制
可变格式操作码的指令示例2 同样情况下，如果需要三地址、二地址、一地址 指令各15条、零地址指令16条，则一样能够采 用可变格式操作码实现。例如可以这样规定：
15条三地址指令的操作码为：0000 ~ 1110 15条二地址指令的操作码为：前4位1111， 即 1111 0000 ~ 1111 1110 15条一地址指令的操作码为：前8位均为1， 即 11111111 0000 ~11111111 1110 16条零地址指令的操作码为：前12位均为1， 即 1111111111110000~1111111111111111
对准边界(下图所示)格式存储数据：
4字节32位存储器 地址 0 4 半字地址8 8 12 16 20
字地址0 字地址4
半字地址12 字节地址19 字节地址18 字节地址17 字节地址16 半字地址22 字节地址21 字节地址20 半字地址10 字节地址15 字节地址14
在数据对准边界存储的计算机中，对于以二进制 表示的存储地址来说，半字地址的最低位、字地 址的最低两位和双字地址的最低三位恒为零。
2、指令格式的五种类型
——根据操作对象地址长度的不同而划分。 OP 零地址指令 例如：NOP 、HLT，也叫无操作数指令 OP A 一地址指令 例如：递增，移位，取反，INC AX，NOT BX 二地址指令 OP A1 A2 例：[A1]+[A2]→[A1]，[A2]为源地址，[A1]目的地 址 OP A1 A2 A3 三地址指令 例： [A1]+[A2]→[A3]，其中[A1]、[A2]为源地 址，[A3]为目的地址，操作后源地址内容不变仅被 拷贝 多地址指令：用于实现成批数据处理。
五、变址寻址方式
变址寻址：把CPU中变址寄存器的内容和 指令地址部分给出的地址之和作为操作数 的地址来获得操作数。这种方式多用于字 串处理、矩阵运算和成批数据处理。
存储器 OP ………….. Rx A 加 法 器 A：
操作数 A+K：
Rx:
K
六、基址寻址方式
将整个存储空间分成若干个段，段的首地 址存放在基址寄存器中，操作数的存储地址与 段的首地址的距离即段内偏移量由指令直接给 出。操作数存储单元的实际有效地址就等于基 址寄存器的内容与段内偏移量之和。 改变基址寄存器的内容(基准量)并由指令 提供位移量就可以访问存储器的任一单元。基 址寄存器用于程序装配可为浮动程序分配存储 单元。 基址寻址面向系统，解决程序的存储定位 问题；变址寻址面向用户，用以访问字串和数 组。
• 例题：一种两地址RS型指令的结构如下所示，其中I
为间接寻址标志位，X为寻址模式字段，D为偏移量 字段。通过I,X,D的组合，可构成下表所式的寻址方式。 请写出六种寻址方式的名称。 • 6位 4位 1位 2位 16位 OP --- 通用寄存器 I X 偏移量D •
计算机系统中运行的软件有系统软件和应用软件两种。 系统软件对整个计算机系统进行调度、管理、监视、服 务，为用户提供使用方便，扩大机器功能，提高机器使用 效率。 应用软件是用户针对某种领域实际应用需求而开发的 软件。许多通用商品化的应用软件现已成为系统软件,如 Word等。 前述所有各种软件的设计基础就是计算机的指令系统。
5.2.2 指令操作码的扩展技术
可变格式操作码的指令示例1 假设某机器的指令长度为16位，包括4位 基本操作码和三个4位地址码段。
15… 12 11……8 7 ……4 3…..0 OP A1 A2 A3
4位基本操作码可表示16个状态，因此如用 4位操作码则能表示16条三地址指令，而用8位 操作码则可表示256条二地址指令。而用12位 操作码则可表示4096条一地址指令。
完善的指令系统
1. 2. 3. 4. 完备性 有效性 规整性 兼容性
5.2 指令格式
5.2.1 指令的结构 指令字：代表指令的一组二进制代码信息； 指令长度：指令字中二进制代码的位数；
1、典型的指令格式
OP A
操作 码 OP——指明操作性质的命令码， 提供指令的操作控制信息。 操作对象A——说明操作数存放的地址， 有时则就是操作数本身。
第五章
指令系统
本章主要内容
• • • • 指令系统的发展 指令的一般格式 指令的寻址方式 指令的分类和功能
5.1
指令系统概述
• 50年代计算机硬件结构简单，指令系统只 有十几到几十条指令。 • 60年代后期出现系列机。指令向下兼容。 • 70年代末期，出现VLSI技术，CISC指令集 • RISC
3、指令操作码的编码格式
指令操作码的位数限制指令系统中完成操作 的指令条数。
பைடு நூலகம்
• 固定格式操作码
操作码长度固定，一般集中于指令字的一个字段中。在 字长较大的大中型以及超级小型机上广泛使用。 优点：有利于简化硬件设计，减少译码时间
• 可变格式操作码
通常在指令字中用一个固定长度的字段来表示基本的操 作码，而对于一部分少地址指令则把它们的操作码扩充 到该指令的地址字段，即操作码长度可以改变。 这种方法在不增加指令字长度的情况下可表示更多的指 令，但增加了译码和分析难度，需更多硬件支持。微机 中常使用此方式。
有的计算机不要求对准边界存储数据，如下 图所示，但这种方式增加硬件的复杂程度，并 且有可能导致访问次数增加。
32位、4个字节
半字的一半 字节 一字的3/4 半字 半字 半字另一半 一字的1/4
地址 0
4
8
5.4操作数的寻址方式（编码方式）
• 寻址方式：指令中如何提供操作数或 操作数地址。换句话说就是规定如何对 地址字段作出解释以找到操作数。 • 不同类型计算机的寻址方式亦有差别， 但大多可以归结为立即寻址、直接寻址、 间接寻址、变址寻址以及相对寻址等几 种寻址方式，或者这几种方式的组合与 变形。
•
指令的长度主要取决于操作码的长度、操作数 地址的长度和操作数地址的个数。由于操作码的 长度、操作数地址的长度及指令格式不同，各指 令的长度不是固定的，指令的长度通常为字节的 整数倍。 • 指令的长度与机器的字长没有固定的关系，它 既可以小于或等于机器的字长,也可以大于机器 的字长。前者称为短格式指令，后者称为长格式 指令。一条指令存放在地址连续的存储单元中。 同一台计算机中可能既有短格式指令又有长格式 指令，但通常是把最常用的指令（如算术逻辑运 算指令、数据传送指令）设计成短格式指令，以 便节省存储空间和提高指令的执行速度。 • 在Pentium系列机中，指令格式也是可变的： 有8位、16位、32位、64位不等。