第2章 指令系统与汇编语言基础(2.5--2.7)

2.5.1 指令的寻址方式
2.5.2 数据：
R（Register，寄存器）S（Store， （ ，寄存器） （ ， 存贮）型指令， 存贮）型指令，意即有两个参加运算的操 作数，其中有一个在寄存器， 作数，其中有一个在寄存器，由于寄存器 在CPU内，很快得到其操作数。另一个在 内 很快得到其操作数。 存贮器， 存贮器，所以需要访问一次存贮器才能得 到操作数，简称一次访存， 到操作数，简称一次访存，访问存贮器需 要的时间比起访问寄存器多得多， 要的时间比起访问寄存器多得多，所以应 尽量减少访问存贮器的次数， 尽量减少访问存贮器的次数，才能提高计 算机的速度（ 的特征）。 算机的速度（见2.7.2的特征）。 的特征
2.5.3 几种数据的寻址方式举例
符号后面的是存贮单元号； 符号后面的是立即数； “@ ” 符号后面的是存贮单元号；“#” 符号后面的是立即数；而“$”符 符 号后面的是偏移量（位移量）。 号后面的是偏移量（位移量）。
2.5.4 指令格式
汇编语言指令是有符号的最低级的计 汇编语言指令是有符号的最低级的计 算机程序设计语言， 算机程序设计语言，汇编语言指令与机器 指令（或称机器码指令、二进制语言指令） 指令（或称机器码指令、二进制语言指令） 有一一对应的关系。 有一一对应的关系。所以当把汇编语言指 令转换成对应的机器指令时， 令转换成对应的机器指令时，它是以二进 制代码的形式表示出来，称之为“ 制代码的形式表示出来，称之为“机器代 这种“机器代码” 码”。这种“机器代码”是按某些规律而 设计的，通常称这些规律为“指令格式” 设计的，通常称这些规律为“指令格式”。 典型的指令格式如下： 典型的指令格式如下：
2.6 相对简单 相对简单CPU的指令集 的指令集
指令是CPU能够直接执行的最基本的算术、逻辑操作。 能够直接执行的最基本的算术、逻辑操作 指令是 能够直接执行的最基本的算术 可见， 能够直接执行的指令越多功能就越强。 可见，CPU能够直接执行的指令越多功能就越强。或许有 能够直接执行的指令越多功能就越强 些指令的使用率并不高，对初学者是不必要， 些指令的使用率并不高，对初学者是不必要，甚至令他们 望而生畏。基于这一想法，有必要把复杂的问题简单化。 望而生畏。基于这一想法，有必要把复杂的问题简单化。 所以，下面分别学习非常简单 非常简单CPU（只有 条指令）和相 条指令） 所以，下面分别学习非常简单 （只有4条指令 对简单CPU有16条指令）的设计方法和具体步骤。在此 条指令） 对简单 有 条指令 的设计方法和具体步骤。 基础上，才能构建设计CPU的理论知识，为设计能真正实 的理论知识， 基础上，才能构建设计 的理论知识 用的中、低端CPU奠定基础，最基本的要求也应真正掌握 奠定基础， 用的中、低端 奠定基础 最基本的要求也应真正掌握 CPU的工作原理和用汇编语言设计程序的能力。 的工作原理和用汇编语言设计程序的能力 CPU的工作原理和用汇编语言设计程序的能力。认识到在 CPU指令集中，指令功能的强、弱与多寡，是直接影响到 指令集中， 指令集中 指令功能的强、弱与多寡， 汇编语言程序员设计程序的效率以及程序执行速度。 汇编语言程序员设计程序的效率以及程序执行速度。
2.5 通用 通用CPU常见的几种寻址方式 常见的几种寻址方式
通用CPU的寻址方式主要包括指令的 的寻址方式主要包括指令的 通用 的寻址方式主要包括 寻址方式和数据的寻址方式。 寻址方式和数据的寻址方式。指令的寻址 方式比较少和简单， 方式比较少和简单，数据的寻址方式就显 得较多和复杂多变，学习难度较大些。 得较多和复杂多变，学习难度较大些。
2.6.1 CPU指令集结构的设计方法 指令集结构的设计方法
CPU指令集结构设计的目标是，在满 指令集结构设计的目标是， 指令集结构设计的目标是 足用户要求的前提下，性能价格比要高。 足用户要求的前提下，性能价格比要高。 对于专用CPU（如洗衣机、微波炉、家用 对于专用 （如洗衣机、微波炉、 空调摇控器等简单的工业控制） 空调摇控器等简单的工业控制）只需要简 单的ISA。而通用 则需要丰富的ISA， 单的 。而通用CPU则需要丰富的 则需要丰富的 ， 指令集结构设计应满足四性（详见2.1.1）。 指令集结构设计应满足四性（详见
2.7.1 2.7.2 2.7.3 2.7.4
CISC（复杂指令集计算） （复杂指令集计算） RISC（精简指令集计算） （精简指令集计算） VLIW（超长指令字） （超长指令字） EPIC（显式并行指令计算） （显式并行指令计算）
2.6.2 相对简单 相对简单CPU的指令集 的指令集
2.6.3 相对简单 相对简单CPU汇编语言编写程序 汇编语言编写程序
2.7 通用 通用CPU的指令集分类 的指令集分类
通用CPU是构成通用计算机的核心部件，也 是构成通用计算机的核心部件， 通用 是构成通用计算机的核心部件 是构成目前高性能计算机（又称超级计算机） 是构成目前高性能计算机（又称超级计算机）的 基本处理单元的核心部件。一个国家开发、 基本处理单元的核心部件。一个国家开发、研制 通用CPU性能的水平，也代表了这个国家在研制 性能的水平， 通用 性能的水平 超级计算机方面的最重要表征之一。自从冯·诺依 超级计算机方面的最重要表征之一。自从冯 诺依 曼型机诞生之日起， 曼型机诞生之日起，至今已有六十多年的发展历 通用CPU的发展从电子管、晶体管、集成电 的发展从电子管、 程，通用 的发展从电子管 晶体管、 ）、大规模集成电路 路（TTL）、大规模集成电路（VLSI）和目前的 ）、大规模集成电路（ ） 特大规模集成电路（ ）。这一发展也恰好印 特大规模集成电路（GSI）。这一发展也恰好印 ）。 证了Moore定律正确性（详见 定律正确性（ ）。另 证了 定律正确性 详见9.1.1～9.1.2）。另 ～ ）。 一方面，如果从通用CPU所具有指令集而论，其 所具有指令集而论， 一方面，如果从通用 所具有指令集而论 变化也离不开如下四类： 变化也离不开如下四类：