第7章 指令系统
《计算机组成原理》唐朔飞第二版_笔记
《计算机组成原理》唐朔飞第⼆版_笔记第1章概论1，计算机系统的软硬件概念1）硬件：计算机的实体部分，它由看得见摸得着的各种电⼦元器件，各类光、电、机设备的实物组成，如主机、外部设备等。
2）软件：由⼈们事先编制的具有各类特殊功能的程序组成，分为系统软件和应⽤软件。
①系统软件⼜称为系统程序，主要⽤来管理整个计算机系统，监视服务，使系统资源得到合理的调度，⾼效运⾏。
它包括：标准程序库、语⾔处理程序（编译程序）、操作系统、、服务程序（如诊断、调试、连接程序）、数据库管理系统、⽹络软件等。
②应⽤软件⼜称应⽤程序，它是⽤户根据任务需要所编制的各种程序，如科学计算程序、数据处理程序、过程控制程序、实物管理程序。
2、计算机系统的层次结构：1）硬联逻辑级：第零级是硬联逻辑级，这是计算机的内核，由门，触发器等逻辑电路组成。
2）微程序级：第⼀级是微程序级。
这级的机器语⾔是微指令集，程序员⽤微指令编写的微程序，⼀般是直接由硬件执⾏的。
3）传统机器级：第⼆级是传统机器级，这级的机器语⾔是该机的指令集，程序员⽤机器指令编写的程序可以由微程序进⾏解释。
操作4）系统级：第三级是操作系统级，从操作系统的基本功能来看，⼀⽅⾯它要直接管理传统机器中的软硬件资源，另⼀⽅⾯它⼜是传统机器的延伸。
5）汇编语⾔级：第四级是汇编语⾔级，这级的机器语⾔是汇编语⾔，完成汇编语⾔翻译的程序叫做汇编程序。
6）⾼级语⾔级：第五级是⾼级语⾔级，这级的机器语⾔就是各种⾼级语⾔，通常⽤编译程序来完成⾼级语⾔翻译的⼯作。
7）应⽤语⾔级：第六级是应⽤语⾔级，这⼀级是为了使计算机满⾜某种⽤途⽽专门设计的，因此这⼀级语⾔就是各种⾯向问题的应⽤语⾔。
把计算机系统按功能分为多级层次结构，就是有利于正确理解计算机系统的⼯作过程，明确软件，硬件在计算机系统中的地位和作⽤。
3、计算机组成和计算机体系结构1）计算机体系结构：是指那些能够被程序员所见到的计算机系统的属性，即概念性的结构与功能特性。
7 指令系统
六、RST指令（和计数器指令）
RST（Reset）：计数器和移位寄存器的复位指令；将计数 器当前值回复到设定值，或对移位寄存器中所有位清零。 使用器件： C060～667，M100～377
1 X411
C660接点 保持接通 保持接通 M473 1 1 M470 M471 M472 0 内部计数 减法计数 停止高速计数 1 高速计数 加法计数 开始高速计数
M473
其它
加过上限，减过下限时
三、 C660/C661构成6位高速计数器
0 M470 内部计数 减法计数 停止高速计数 其它
1 高速计数 加法计数 开始高速计数 加过上限，减过下限时
使用S、R指令实现启动、保持、停止电路
十、MC、MCR指令
MC（Master Control）：主控指令，用于公共串联 接点的连接 MCR（Master Control Reset）：主控恢复指令（返 回母线）
使用器件：M100～M177
使用MC指令相当于在原母线上分支出一个新母线。 在MC指令后的第一条指令以LD或LDI开头。 MCR指令使各支路起点回到原来的母线上。
§7_2 F1 系列PLC 的基本指令
一、LD、LDI、OUT指令
• OUT（Out）：线圈驱动指令，将逻辑运算结果送线圈。
指令可使用的器件：
LD、LDI：X、Y、M、T、C、S OUT：Y、M、T、C、S、F
二、AND、ANI指令
AND（And）：“与”指令，适用于和触点串联的常开触点 ANI（And Inverse）：适用于和触点串联的常闭触点 使用器件： AND、ANI：X、Y、M、T、C、S
第7章S7300和S7400PLC系统配置及编程
第14页，共27页。
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S7-300和S7-400 PLC具有350多条指令，其中包括 STEP 5指令和集成在S7 CPU中的系统功能和功能 块，这些系统中集成的标准块可以在STEP 7编程 软件中被用户程序调用。以下主要介绍S7-300和 S7-400指令系统的一些基本概念和STEP 7的基本 指令。
执行输出控制动作。完毕后转第2步重新开始 循环扫描。
第24页，共27页。
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7.3.5 编程的基本方法和步骤
创建项目和硬件组态。激活SIMATIG管理器
（SIMATIG Manager），在新建项目窗口输入新项 目名称。
符号编辑。点击symbols图标，进入符号编辑器，可
以对全局变量命名，这样做的目的是增加程序的可读 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ。
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7.2.1 基本概念
寻址方式。操作数是指令操作或运算的对象，指令取得
操作数的方式称为寻址方式，S7-300/400有4种寻址方 式：立即寻址、直接寻址、存储器间接寻址、寄存 器间接寻址。
状态字寄存器如下图所示：
第17页，共27页。
7.2.2 基本指令
限于篇幅，本小节主要介绍位逻辑指令、定时器、 计数器等基本指令：
第12页，共27页。
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7.1.8 S7-300的I/O编址
模拟量I/O地址的确定 ： ➢ S7-300对各个机架上槽位的模拟I/O默认地址。 在SM区（4～11号槽位）的每个槽位上，CPU为 每个模拟量模块分配了16个字节的地址，允许 最多8路模拟I/O，每个模拟量I/O的地址都是 用1个字来表示的。实际使用时是根据具体的 模块来确定实际的地址范围的，例如0号机架 的4号槽位，如果安装的是两通道模拟输入I/O， 则实际用到的地址是IW256、IW258。
plc第七章7.基本指令及应用
逻辑堆栈指令
S7-200可编程序控制器使用一个逻辑堆栈来 分析控制逻辑，用语句表编程时要根据这一堆 栈逻辑进行组织程序，用相关指令来实现堆栈 操作，用梯形图和功能框图时，程序员不必考 虑主机的这一逻辑，这两种编程工具自动地插 入必要的指令来处理各种堆栈逻辑操作。 S7-200可编程序控制器的主机逻辑堆栈结构如 表7-1所示。
基本逻辑指令
基本逻辑指令一般指位逻辑指令、定时器指令 及计数器指令。位逻辑指令又含触点指令、线 圈指令、逻辑堆栈指令、RS触发器指令等。这 些指令处理的对象大多为位逻辑量，主要用于 逻辑控制类程序中。
位逻辑指令
1.标准触点指令 标准触点指令有LD、LDN、A、AN、O、ON、NOT、 =指令（语句表）。这些指令对存储器位在逻辑堆栈 中进行操作。 由于堆栈存储单元数的限制，语句表中A、O、AN、 ON指令最多可以连用有限次。同样，梯形图中，最多 一次串联或并联的触点数也有一定限制，功能框图中 AND和OR指令盒中输入的个数也不能超过这个范围 标准触点指令中如果有操作数，则为BOOL型，操作 数的编址范围可以是：I、Q、M、SM、T、C、S、 VL。
//装入常开触点 //或常开触点 //被串的块开始 //被并路开始 //与常开触点 //栈装载或，并路结束 //栈装载与，串路结束 //输出触点 //装入常开触点 //逻辑推入栈，主控 //与常开触点 //输出触点 //逻辑读栈，新母线 //装入常开触点 //或常开触点 //栈装载与 //输出触点 //逻辑弹出栈，母线复 //装入常开出触点 //或常开触点 //栈装载与 //输出触点
5、LRD（逻辑读栈指令）Logic Read LRD，逻辑读栈指令。把堆栈中第二级的值复 制到栈顶。堆栈没有推入栈或弹出栈操作，但 原栈顶值被新的复制值取代。在梯形图中的分 支结构中，当左侧为主控逻辑块时，开始第二 个和后边更多的从逻辑块。应注意，LPS后第 一个和最后一个从逻辑块不用本指令。
指令系统
注释
(in C) $s3=Address(4)
立即数相加指令
addi $s3,$s3,4
指令 实例
add $s1,$s2,$s3
sub $s1,$s2,$s3
原始C代码: Loop:g = g + A[i]; i = i + j; if (i != h) goto Loop;
-19-
do-while语句举例
3 { 0x00401334 push %ebp 0x00401335 mov %esp,%ebp 0x00401337 and $0xfffffff0,%esp 0x0040133A sub $0x10,%esp 0x0040133D call 0x401910 <__main> 4 int i=0; 0x00401342 movl $0x0,0xc(%esp) 5 do 6 { 7 i++; 0x0040134A incl 0xc(%esp) 8 }while(i>0); 0x0040134E cmpl $0x0,0xc(%esp) 0x00401353 jg 0x40134a <main+22> 9 } 0x00401355 leave 0x00401356 ret #include <stdio.h> int main ( ) { int i=0; do { i++; }while(i>0); }
Can reference low-order 4 bytes (also low-order 1 & 2 bytes)
计算机组成原理总复习
当真值为负时，原码、补码和反码的表示形式不同，但其符号
位都用“1”表示，而数值部分则是：
• 反码是原码的“每位求反” • 补码是原码的“求反加一”
由于“零”在补码中只有一种表示形式，故补码比原码和反码 可以多表示一个负数。
Computer Engineering Dr. Lin
n+1位定点数的数值范围
主存地址（S+w位） 标志Tag 索引（块地址） 块内字地址 Cache地址（r+w位） Cache的 内容 Tag 字0
块地址
选中1行 字1
块内字地址
选中行内1个字
……
字 n-1
Computer Engineering
Dr. Lin
组相联映射
Cache 0组 0块 1块 0块 1块 共分8组 … 0块 1块
若Cache已满，则按照某种替换策略把该行替换进Cache。
• CPU与Cache之间的数据交换以“字”为单位。
•主存与 Cache之间的数据传输以数据“块”为单位。要求 总线和主存支持多字（块）同时传输。一块由若干个字组 成，块是定长的。
Computer Engineering Dr. Lin
三种地址映射方式
非格式化容量是磁记录表面可以利用的磁化单元总数。
磁道的(非格式化)存储容量=最内层的磁道长度×内层位密度 磁道的(格式化)存储容量 = 扇区容量×每磁道扇区数 磁盘组的存储容量 = 每个磁道的存储容量×柱面数×存储面数
Computer Engineering Dr. Lin
磁盘存储器的寻址时间
磁盘存储器属于直接存取存储器 Direct-Access Storage。 寻址时间包括：寻道时间（找道时间）,等待时间 不同磁道的找道时间不一样。
课后习题六(第七章)
课后习题（第七章）1、为了缩短指令中地址码的位数，应采用（ B ）寻址。
A、立即数B、寄存器C、直接D、间接2、指令系统中采用不同寻址方式的目的主要是（ B ）A. 可降低指令译码难度B. 缩短指令字长、扩大寻址空间、提高编程灵活性C. 实现程序控制D. 提高指令执行速度3、零地址运算指令在指令格式中不给出操作数地址，它的操作数来源自（ C ）A. 立即数和栈顶B. 暂存器C. 栈顶或隐含约定的位置D. 存储器4、单地址指令中，为完成两个数的算术运算，除地址译码指明的一个操作数外，另一个数常采用（ C ）A. 堆栈寻址方式B. 立即寻址方式C. 隐含寻址方式D. 基址寻址方式5、二地址指令中，操作数的物理位置安排，描述正确的是（ C ）A. 两个主存单元（且依然在现指令系统中采用）B. 栈顶和次栈顶C. 主存单元或寄存器D. 两个同时为寄存器不允许使用6、操作数在寄存器中的寻址方式称为（ C ）寻址A. 直接B. 立即C. 寄存器直接D. 寄存器间接7、寄存器间接寻址方式中，操作数在（ C ）A. 通用寄存器B. 堆栈C. 主存单元D. I/O外设中8、变址寻址方式中，操作数的有效地址是（ C ）A. 基址寄存器内容加上形式地址B. 程序计数器内容加上形式地址C. 变址寄存器内容加上形式地址D. 形式地址本身9、采用基址寻址可扩大寻址范围，且（ B ）A. 基址寄存器内容由用户确定，在程序执行过程中一般不可变B. 基址寄存器内容由操作系统确定，在程序执行过程中一般不可变C. 基址寄存器内容由用户确定，在程序执行过程中可随意变化D. 基址寄存器内容由操作系统确定，在程序执行过程可随意变化10、变址寻址和基址寻址的有效地址形成方式类似，但是（ C ）A. 变址寄存器内容在程序执行过程中是不可变的B. 在程序执行过程中，变址寄存器和基址寄存器的内容可以随意变化C. 在程序执行过程中，变址寄存器的内容可随意变化D. 以上均不对11、堆栈寻址中，设A为累加器，SP为栈顶指针，[SP]为其指向的栈顶单元，如果进栈的动作顺序是（SP）－1→SP，（A）→[SP]，那么出栈的动作顺序是（ A ）A. [SP] →（A），（SP）＋1→SPB. （SP）＋1→SP，[SP] →（A）C. （SP）－1→SP，[SP] →（A）D. [SP] →（A），（SP）－1→SP12、设变址寄存器为X，形式地址为D，某机具有先变址再主存间址的寻址方式，则这种寻址方式的有效地址为（ C ）A. EA＝（X）＋DB. EA＝（X）＋（D）C. EA＝（（X）＋D）D. EA＝（（X））＋D13、设变址寄存器为X，形式地址为D，某机具有先主存间址再变址的寻址方式，则这种寻址方式的有效地址为（ B ）A. EA＝（X）＋DB. EA＝（X）＋（D）C. EA＝（（X）＋D）D. EA＝（（X））＋D14、运算型指令的寻址和转移类指令的寻址不同点在于（ A ）A. 前者取操作数，后者决定程序转移地址B. 前者计算转移地址，后者取操作数C. 前者是短指令，后者是长指令D. 前者是长指令，后者是短指令15、指令的寻址方式有顺序和跳跃两种，采用跳跃寻址方式可以实现（ C ）A. 程序的条件转移B. 程序的无条件转移C. 程序的条件转移和无条件转移D. 以上均不对16、设相对寻址的转移指令占两个字节，第一个字节是操作码，第二个字节是相对位移量（补码表示），若CPU每当从存储器取出一个字节时，即自动完成（PC）＋1 PC。
第7章--新型计算机结构
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7.3.2面向函数式语言的归约机
• 归约机按其归约模型可分为串归约(String Reduction)机和图归约(Graph Reduction)机 两类。两者的区分主要是对函数表达式所 使用的存储方式不同，前者以字符串形式 存储而后者则以图的形式存储。
C
A
B
c
21c
22
c23
a31a32a33
b31b32b33
c31c32c33
3
其中 Cij aik bkj 1≤i≤3,1≤j≤3
k 1
在4时5图输Ο 中出方c给向23出上, c了将22在同, ct时312、输的t2出值、，ct31t时38 ,时c刻1输2送,出c入11c数,3c3据21的,，c值3到1。的t6 时值，，从t7
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AI处理的基本要点:有关知识的获取、表示和智慧地 加以使用(知识处理)。
知识的获取:AI系统应能从视觉、声音和书写等各种 信息源获取信息。由于这些信息的来源往往是不完整、 不精确甚至是相互矛盾的，因此必须对它们进行止确 的识别和理解。
知识的表示：主要是对有关对象、关系、目标、动作 以及处理过程的信息加以编码，形成数据结构和编写 成过程。
•x
激发后
<0
<0
• T(x<0)
x
•
y • 激发后
≥
≥
• F(x<y)
利用上述常用结点，可以画出一些程序结构的数据流 程图。
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数据流 程序图 举例
第二篇第7章 PLC的基本指令系统
注意：
FX系列中，不同型号PLC的特殊辅助继电器的 数量也不同。
在M8000～M8255的256个特殊辅助继电器 中，PLC未定义的不可在用户程序中使用，具体可 参见使用手册。
7.3.3 状态继电器（S）
状态器对在步进顺控类的控制程序中起着重要的作用， 它与后述的步进指令STL组合使用。
①初始用状态器 ②返回原点用状态器（FX2N） ③普通状态器 ④断电保持状态器 ⑤报警用状态器（FX2N）
M0
号为M0～M499，共500点。
注：可通过程序设定，将它们变为保持辅助继电器
断电保持辅助继电器（M）
● 保持用辅助继电器在PLC电源中断后，它具有 保持断电前的瞬间状态的功能，并在恢复供电后 继续断电前的状态
FX2N的辅助继电器的元件编号为M500～M3071 注：也可通过程序设定，将它们变为通用辅助继电器
特殊辅助继电器（M）
●特殊辅助继电器是具有某项特定功能的辅助继电 器（M8000～M8255） 通常可分为两类：触点型 和 线圈型
● 触点型 特殊辅助继电器的线圈由PLC自动驱动，用户
只可以利用其触点。
● 线圈型 特殊辅助继电器的线圈由用户控制，其线圈得
电后，PLC作出特定动作。
特殊辅助继电器（触点型1）
z扩展单元和扩展模块内无CPU，必须与基本单元 一起使用。
7.3 FX系列PLC内部资源
PLC的内部软继电器
• 输入继电器 • 输出继电器 • 辅助继电器 • 状态继电器 • 定时器 • 计数器 • 指针 • 数据寄存器
1
FX系列PLC软继电器及编号
不同厂家、不同系列的PLC，其内部软继电器的功能和 编号也不相同，因此用户在编制程序时，必须熟悉所选用 PLC的软继电器功能和编号。
计算机组成与系统作业
第1章计算机系统概述作业1、什么是计算机系统？说明计算机系统的层次结构。
2、什么是主机？什么是CPU？什么是存储器？简述它们的功能。
3、计算机的硬件指标有哪些？4、解释英文缩写的含义：MIPS、CPI、FLOPS。
5、什么是机器字长、指令字长、存储字长？第3章系统总线1、解释下列概念（1）总线（2）系统总线（3）通信总线（4）总线主设备（5）总线从设备（6）总线仲裁2、什么是总线通信控制？为什么需要总线通信控制？3、什么是总线标准？为什么要制定总线标准？4、在高档PC机中，流行使用三总线(系统总线、PCI总线、ISA总线)结构。
说明这三种总线的连接关系，并举例说明每组总线上所连接的部件。
5、某总线在一个总线周期中可并行传送8个字节数据。
假设一个总线周期等于一个时钟周期，总线的时钟周期频率为66MHz，求总线的带宽。
第4章存储器1、试比较主存、辅存、缓存、控存、虚存。
2、试比较RAM和ROM。
3、试比较静态RAM和动态RAM。
4、名词解释：存取周期、存取时间、存储容量。
5、什么是存储密度？什么是数据传输率？6、存储器的主要功能有哪些？如何衡量存储器的性能？为什么要把存储系统分成若干不同的层次？主要有哪些层次？每层由什么存储介质实现？7、什么是刷新？刷新有几种方式？简要说明之。
8、简述主存的读/写过程。
9、提高存储器的速度可采取哪些措施？简要说明之。
10、设有16个固定磁头的磁盘，每磁道存储容量为62500B，磁盘驱动器转速为2400rpm，试求最大数据传输率。
11、什么是“程序访问的局部性”？存储系统中哪一级采用了程序访问的局部性原理？12、试比较Cache管理中各种地址映像的方法。
13、在Cache管理中，当新的主存块需要调入Cache时，有几种替换算法？各有何特点？哪种算法平均命中率高？14、设CPU共有16根地址线、8根数据线，并用MREQ作为访存控制信号(低电平有效)，用WR作为读/写控制信号(高电平为读，低电平为写)。
第七章 指令系统
第7章指令系统（一）选择题1.二地址指令中，操作数的物理位置可安排在（可多选）A.两个主存单元 B 两个寄存器C一个主存单元和一个寄存器 D 栈顶和次栈顶2.寄存器间接寻址方式中，操作数在A.通用寄存器B.堆钱 C 主存单元3.基址寻址方式中，操作数的有效地址是A.基址寄存器内容加上形式地址(位移量)B.程序计数器内容加上形式地址c.变址寄存器内容加上形式地址4.采用基址寻址可扩大寻址范围，且A.基址寄存器内容由用户确定，在程序执行过程中不可变B.基址寄存器内容由操作系统确定，在程序执行过程中不可变c.基址寄存器内容由操作系统确定，在程序执行过程中可变5.变址寻址和基址寻址的有效地址形成方式类似，但是A.变址寄存器的内容在程序执行过程中是不可变的B.在程序执行过程中，变址寄存器、基址寄存器和内容都是可变的C.在程序执行过程中，基址寄存器的内容不可变，变址寄存器中的内容可变6.堆找寻址方式中，设A为累加器，SP为堆楼指示器，Msp为SP指示的钱顶单元，如果进栈操作的动作顺序是(A)→Msp，(SP)-1→SP，那么出栈操作的动作顺序应为A. (Msp)→A，(SP) +1→SPB. (SP) +1→SP，(Msp)→AC. (SP)-1→SP，( Msp)→A7.设变址寄存器为X，形式地址为D，某机具有先变址再间址的寻址方式，则这种寻址方式的有效地址为A. EA=(X)+DB. EA=(X)+(D)C. EA=((X)+D)8. IBM PC中采用了段寻址方式，在寻访一个主存具体单元时，由一个基地址加上某寄存器提供的16位偏移量来形成20位物理地址。
这个基地址由来提供。
A.指令中的直接地址(16位)自动左移4位B. CPU中的四个16位段寄存器之一自动左移4位C. CPU中的累加器(16位)自动左移4位9.指令的寻址方式有顺序和跳跃两种，采用跳跃寻址方式可以实现A.程序浮动B.程序的无条件转移和浮动C.程序的条件转移和无条件转移10.扩展操作码是A.操作码字段以外的辅助操作字段的代码B.指令格式中不同字段设置的操作码C.一种指令优化技术，即让操作码的长度随地址数的减少而增加，不同地址数的指令可以具有不同的操作码长度11.设相对寻址的转移指令占两个字节，第一字节是操作码，第二字节是相对位移量(用补码表示)，若CPU每当从存储器取出一个字节时，即自动完成(PC)+1→PC，设当前PC的内容为2000H，要求转移到2008H地址，则该转移指令第二字节的内容应为A. 08HB. 06 HC.0AH12.设相对寻址的转移指令占两个字节，第一字节是操作码，第二字节是相对位移量(用补码表示)，若CPU每当从存储器取出一个字节时，即自动完成(PC)+ 1→PC 设当前PC的内容为2009H，要求转移到2000H地址，则该转移指令第二字节的内容应为A. F5HB. F7HC. 09H13.设相对寻址的转移指令占两个字节，第一字节是操作码，第二字节是相对位移量(可正可负)，则转移的地址范围是A. 255B. 256C. 25414.直接、间接、立即三种寻址方式指令的执行速度，由快至慢的排序是A.直接、立即、间接B.直接、间接、立即C.立即、直接、间接15.为了缩短指令中地址码的位数，应采用寻址。
计算机组成原理第7章习题指导
第7章 指 令 系 统例7.1 假设指令字长为16位，操作数的地址码为6位，指令有零地址、一地址、二地址三种格式。
（1）设操作码固定，若零地址指令有P 种，一地址指令有Q 种，则二地址指令最多有几种？（2）采用扩展操作码技术，若二地址指令有X 种，零地址指令有Y 种，则一地址指令最多有几种？解:（1）根据操作数地址码为6位，则二地址指令中操作码的位数为16 – 6 – 6 = 4。
这4位操作码可有24=16种操作。
由于操作码固定，则除去了零地址指令P 种，一地址指令Q 种，剩下二地址指令最多有16 – P – Q 种。
（2）采用扩展操作码技术，操作码位数可变，则二地址、一地址和零地址的操作码长度分别为4位、10位和16位。
可见二地址指令操作码每减少一种，就可多构成26种一地址指令操作码；一地址指令操作码每减少一种，就可多构成26种零地址指令操作码。
因二地址指令有X 种，则一地址指令最多有()6422×−X 种。
设一地址指令有M 种，则零地址指令最多有()[]664222×−×−M X 种。
根据题中给出零地址指令有Y 种，即()[]664222×−×−=M X Y则一地址指令 ()664222−×−×−=Y X M例7.2 设相对寻址的转移指令占3个字节，第一字节为操作码，第二、三字节为相对位移量（补码表示），而且数据在存储器中采用以低字节地址为字地址的存放方式。
每当CPU 从存储器取出一个字节时，即自动完成 (PC) + 1 → PC 。
（1）若PC 当前值为240（十进制），要求转移到290（十进制），则转移指令的第二、三字节的机器代码是什么？（2）若PC 当前值为240（十进制），要求转移到200（十进制），则转移指令的第二、三字节的机器代码是什么？解：（1）PC 当前值为240，该指令取出后PC 值为243，要求转移到290，即相对位移量为290 –243 = 47，转换成补码为2FH 。
计算机组成原理第七章课后部分答案
什么叫机器指令什么叫指令系统为什么说指令系统与机器指令的主要功能以及与硬件结构之间存在着密切的关系机器指令：是CPU能直接识别并执行的指令，它的表现形式是二进制编码。
机器指令通常由操作码和操作数两部分组成。
指令系统：计算机所能执行的全部指令的集合，它描述了计算机内全部的控制信息和“逻辑判断”能力。
指令系统是计算机硬件和软件的接口部分，是全部机器指令的集合。
什么叫寻址方式为什么要学习寻址方式寻址方式：指确定本条指令的数据地址以及下一条将要执行的指令地址的方法，它与硬件结构紧密相关，而且直接影响指令格式和指令功能。
学习寻址方式，是为了找到指令中参与操作的数据，然后根据指令，得出结果。
什么是指令字长、机器字长和存储字长指令字长：是指机器指令中二进制代码的总位数。
指令字长取决于从操作码的长度、操作数地址的长度和操作数地址的个数。
不同的指令的字长是不同的。
机器字长：是指计算机进行一次整数运算所能处理的二进制数据的位数（整数运算即定点整数运算）。
机器字长也就是运算器进行定点数运算的字长，通常也是CPU内部数据通路的宽度。
即字长越长，数的表示范围也越大，精度也越高。
机器的字长也会影响机器的运算速度。
存储字长：一个存储单元存储一串二进制代码（存储字），这串二进制代码的位数称为存储字长，存储字长可以是8位、16位、32位等。
某指令系统字长为16位，地址码取4位，提出一种方案，使该指令系统有8条三地址指令、16条二地址指令、100条一地址指令。
解：三地址指令格式如下：4 4 4 4OP A1 A2 A3指令操作码分配方案如下：4位OP0000，……，A1,A2,A3:8条三地址指令0111，1000，0000，……，……，A2，A3:16条二地址指令1000，1111，1001，0000，0000，……，……，……，A3:100条一地址指令1001，0110，0011，1001，0110，0100，……，……，……，冗余编码1001，1111，1111，可用来扩充一、零地址指令条数1010，……，冗余编码1111，可用来扩充三、二、一、零地址指令条数设指令字长为16位，采用扩展操作码技术，每个操作数的地址为6位。
计算机组成原理复习
WE
A1
A0
•••
A9
1
CS1
第4章 存储器
*
字扩展（增加存储字的数量）
存储器与 CPU 的连接
MDR
MAR
CPU
主 存
读
数据总线
地址总线
写
第4章 存储器
*
主存和 CPU 的联系
存储器与 CPU 的连接
地址线的连接 数据线的连接 读/写线的连接 片选线的连接 合理选用芯片 其他 时序、负载
总线控制
主要包括两部件：判优控制
01
主设备(模块)：对总线有 控制权
02
从设备(模块)：响应从主设备发来的总线命令
03
总线判优控制 分布式 集中式 计数器定时查询 独立请求方式 链式查询 第3章 系统总线
*
总线控制
通信控制
目的解决通信双方协调配合问题 总线通信的四种方式
同步、异步结合
通信双方由 统一时标 控制数据传送 采用 应答方式 ，没有公共时钟标准
周期挪用
*
真值与机器数
第6章 计算机的运算方法
*
真值 X=-0.11111 机器数 原码 X=1.11111 补码 X=1.00001 反码 X=1.00000 移码 X=0.00001 转换
第4章 存储器
字块2m－1
字块2c-r+1
字块2c-r + 1
字块2c-r
字块2c-r －
字块1
字块0
…
…
…
字块 3
标记
字块 1
标记
字块 2c－1
标记
字块 2
标记
字块 0
标记
字块 2c－2
第7章 三菱FX2N系列PLC的基本指令及编程
(a)状态转换图 图7-14 STL、RET指令
(b)梯形图
( c) 指令
(a)状态转换图
(b)梯形图 图7-15 STL、RET指令
( c) 指令 图7-15 STL、RET指令
7.3.13 其他基本指令
1、LDP、LDF指令 、 、 指令
LDP：为上升沿的取指令 ： LDF：为下降沿的取指令 ： LDP是上升沿的取指令，用于在输入信号的上升 是上升沿的取指令， 是上升沿的取指令 沿接通一个扫描周期。 是下降沿的取指令， 沿接通一个扫描周期。LDF是下降沿的取指令，用 是下降沿的取指令 于在输入信号的下降沿接通一个扫描周期。 于在输入信号的下降沿接通一个扫描周期。
图7-9 SET、RST指令
7.3.8 PLS、PLF指令 、 指令
指令用法
1) PLS：脉冲输出指令,上升沿有效。 2)PLF：脉冲输出指令,下降沿有效。 这两个指令用于目标元件的脉冲输出,当输 入信号跳变时产生一个宽度为扫描周期的脉 冲。 如图7-10所示。
图 系列PLC的基本指令 系列 的基本指令
FX系列PLC产品很多，本节以FX2N机型 为例,介绍FX系列PLC的指令系统。FX2N PLC提供了基本指令27条、步进指令2条和应 用指令128种,298条。 下面以FX2N机型为例，介绍三菱FX系列 的PLC的基本指令及编程和部分功能指令及 编程，。
7.4 梯形图编程的基本规则
梯形图程序是采用顺序信号和软元件地址 号, 梯形图作为一种编程语言，绘制时应当有 一定的规则。在掌握了这种编程方式梯形图 编程语言和PLC基本指令系统后，就可根据 控制要求进行编程。为了使编程准确、快速 和优化，必须掌握编程的基本规则和一些技 巧。
1 )梯形图的各种符号, 每一行要以左母线为起点, 右母线为终点，在画图时可以省去右母线。梯形图 是按照从上到下、从左到右的顺序设计,继电器线圈 与右母线直接连接,在右母线与线圈之间不能连接其 它元素,如图7-16所示。
第7章 程序设计语言
华南理工大学计算机教学团队
27
7.4.3 运算符与表达式（2）
• 不同类型的数据可以参与的运算不同。即不 同类型数据的操作使用的运算符也不一样。 VB 主要有4类运算符。算术运算符、字符串
运算符、关系运算符和逻辑运算符。由这4类
运算符组成的表达式分别称为算术表达式、
字符串表达式、关系表达式和逻辑表达式。
不同型号的计算机上运行，程序可移植性差。
华南理工大学计算机教学团队
6
7.1.2 汇编语言（1）
汇编语言也是一种面向机器的语言，为了帮 助人们记忆，它采用了符号（称为助记符） 来代替机器语言的二进制码，所以又称为
符号语言。
用汇编语言书写的程序，计算机不能直接识
别，需要一种程序将汇编语言翻译成机器
语言 才能在计算机上执行，这种翻译程序
• 程序员的工作是编写源程序，然后将其转化为可 执行（机器语言）程序，交给计算机执行。该过 程主要由以下三步构成。
– 编辑程序
– 编译程序 – 执行程序
华南理工大学计算机教学团队
13
7.3 程序设计方法
程序设计的常用方法有结构化程序设计 (Structured Programming) 方 法 和 面 向 对 象 的 程 序 设 计 (Object-oriented Programming)方法。
„如果mark>85, 则输出 Excellent.
华南理工大学计算机教学团队 33
7.4.4 程序控制结构（2）
2. 循环语句：循环语句实现循环结构。
格式：While <条件>
<语句>
Wend
功能说明：其中<条件>为关系表达式或逻辑表达式，如果<条件 >为True，则执行<语句 >，遇到Wend时，返回到 While语句， 继续对<条件>进行测试;如果仍为True，则重复上述过程。直 到<条件> 为False，则不再执行<语句>, 而执行Wend后面的 语句。该循环语句实现的是当型循环结构。
第7章 STEP 7-Micro
2. 项目组成
图7-1 STEP 7-Micro/WIN的界面
（1）主菜单
（2）工具栏
（3）操作栏
（4）指令树 （5）用户窗口 （6）输出窗口 （7）状态栏
（1）主文件（File）：文件下拉菜单包括新建、打开、关闭、保存、另存、导出、 导入、上载、下载、打印预览、页面设置等操作。 2）编辑（Edit）：编辑下拉菜单包括撤销、剪切、复制、粘贴、全选、插入、 删除、查找、替换等功能操作，与Word软件相类似，主要用于程序编辑工具。 3）查看（View）：查看菜单用于设置软件的开发环境，功能包括选择不同的程 序编辑器LAD、STL、FBD；可以进行数据块、符号表、状态表、系统块、交叉 引用、通信参数的设置；可以选择程序注释、网络注释的显示与否；可以选择浏 览栏、指令树及输出窗口的显示与否；可以对程序块的属性进行设置。 4）PLC：PLC菜单主要用于与PLC联机时的操作，包括PLC类型的选择、PLC 的工作方式、进行在线编译、清除PLC程序、显示PLC信息等功能。 5）调试（Debug）：调试菜单用于联机时的动态调试，具有单次扫描、多次扫 描、程序状态等功能。 6）工具（Tools）：工具菜单提供复杂指令向导（PID、NETR/NETW、HSC指 令），TD200设置向导，它可以设置程序编辑器的风格，在工具菜单中添加常用 工具等功能。 7）窗口（Windows）：窗口菜单的功能是打开一个或多个窗口，并提供窗口之 间的不同排放形式，如水平、层叠、垂直。 8）帮助（Help）：帮助菜单可以提供S7-200的指令系统及编程软件的所有信息， 并提供在线帮助、网上查询、访问等功能，可按<F1>键。
（6）输出窗口
用来显示STEP 7-Micro/WIN程序编译的结果，
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计算机硬件基础 4位 4位 4位 4位
OP OP
OP
A1 OP
OP
A1 A2
A1 A2 A3
…
0000 XXXX YYYY ZZZZ
扩展窗口 扩展窗口
…
1110 XXXX YYYY ZZZZ 1111 0000 XXXX YYYY YYYY XXXX XXXX 0000
15条三地址指令 15条三地址指令 15条二地址指令 15条二地址指令 15条一地址指令 15条一地址指令 16条零地址指令 16条零地址指令
1111 1111 1111 1111
18
…
1111 1110 XXXX 1111 1111 0000 扩展窗口 1111 1111 1110 1111 1111 1111 …
/
计算机硬件基础
7.1 指令系统概述
• 指令字长
机器字长：计算机中CPU能直接处理的二进制 机器字长：计算机中CPU能直接处理的二进制 的位数 指令字长： 指令字长：一个指令字包含的所有二进制代码 的位数。 的位数。指令字长选取原则
10
/
计算机硬件基础
7.1 指令系统概述
• 指令格式
按指令包含的地址码个数分类 四地址指令 OP 三地址指令 OP 二地址指令 OP
11
A1
A2
ห้องสมุดไป่ตู้
A3
A4
– 执行(A1) OP (A2)→A3 ；(A4) 是下一指令地址
A1
A2
A3
– 执行 (A1) OP (A2)→A3 或 (A2) OP (A3)→A1
7.1 指令系统概述
• 指令格式
按指令码的情况分类
扩展操作码（变长操作码） 扩展操作码（变长操作码）指令
– 让操作数地址个数多的指令（如三地址指令） 让操作数地址个数多的指令（如三地址指令） 的操作码字段短些， 的操作码字段短些，操作数地址个数少的指 如一或零地址指令）的操作码字段长些。 令（如一或零地址指令）的操作码字段长些。
计算机硬件基础
7.1 指令系统概述
• 指令格式
指令的一般格式
操作码OP 操作码OP 地址码 A
操作码
– 操作码指出指令应该执行什么性质的操作和 具有何种功能； 具有何种功能；n位操作码字段的指令系统 最多能够表示2 条指令。 最多能够表示2n条指令。
地址码
– 地址码指出指令中操作数所在的存储器地址、 地址码指出指令中操作数所在的存储器地址、 寄存器地址或I/O地址 地址。 寄存器地址或I/O地址。
课程教学相关信息
• 教师信息
姓名：杨全胜（任课教师）、吴强（ 姓名：杨全胜（任课教师）、吴强（实验教 ）、吴强 师） 办公地点：计算机楼510（ ）、计算机楼 办公地点：计算机楼510（杨）、计算机楼 525（ 525（吴） Email： Email：yangqs@ 个人网站： 个人网站：
» 设某机的指令长度为 位，如果操作码字段定长 设某机的指令长度为16位 条指令， 为4位，则最多只能设计 条指令，都是三地址 位 则最多只能设计16条指令 指令。 指令。 如果用三个4位的地址码字段 位的地址码字段， 如果用三个 位的地址码字段，而且采用扩展 操作码…… 操作码
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计算机硬件基础
计算机硬件基础（ 计算机硬件基础（下）
2010年版 2010年版
主讲 杨全胜
/
东南大学
1
软件学院 计算机学院
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计算机硬件基础
教材与教辅书
• 教材
王健等编，计算机组成原理， 王健等编，计算机组成原理， 东南大学出版社 杨全胜等编， 杨全胜等编，计算机硬件基础补充讲义
» IBM 370机（字长 位）的指令可分为三种不同 机 字长32位 的长度,不论指令的长度为多少位，其中操作码 的长度 不论指令的长度为多少位， 不论指令的长度为多少位 字段一律都是8位 字段一律都是 位。
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计算机硬件基础
IBM 370机的指令格式 机的指令格式
• 指令格式
按指令码的情况分类
扩展操作码（变长操作码） 扩展操作码（变长操作码）指令
– 操作码字段的位数不固定，且分散地放在指 操作码字段的位数不固定， 令字的不同位置上。 令字的不同位置上。 – 操作码字段的位数和位置不固定将增加指令 译码和分析的难度，使控制器的设计复杂化。 译码和分析的难度，使控制器的设计复杂化。
• 教辅书
王健等编，计算机组成原理习题精解 王健等编， 与实验指导， 与实验指导，东南大学出版社 唐朔飞编著， 唐朔飞编著，计算机组成原理 ，高等教育出版社 杨全胜主编， 杨全胜主编，计算机系统综合 课程设计， 课程设计，清华大学出版社
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计算机硬件基础
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计算机硬件基础
7.1 指令系统概述
• 计算机指令
就是要计算机执行某种操作的命令
微指令：微程序级的命令，属于硬件； 微指令：微程序级的命令，属于硬件； 宏指令：由若干机器指令组成，属于软件； 宏指令：由若干机器指令组成，属于软件； 机器指令：介于二者之间， 机器指令：介于二者之间，因而是硬件和软件的界 面。
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计算机硬件基础
7.1 指令系统概述
• 两种类型的指令
非特权指令：这类指令主要供用户使用 非特权指令：这类指令主要供用户使用， 用户使用， 又可分为功能性指令 非功能性指令两种 功能性指令和 又可分为功能性指令和非功能性指令两种
功能性指令：主要包括算术逻辑指令、 功能性指令：主要包括算术逻辑指令、数据 传送指令、浮点运算指令、字符串指令等； 传送指令、浮点运算指令、字符串指令等； 非功能性指令：主要包括转移指令、 非功能性指令：主要包括转移指令、控制指 令等。 令等。
特权指令：主要供系统程序员使用， 特权指令：主要供系统程序员使用，一般 系统程序员使用 不允许用户使用。其中包括I/O指令 指令、 不允许用户使用。其中包括I/O指令、停机 等待指令、存储管理及保护指令、控制系统 等待指令、存储管理及保护指令、 状态指令、 状态指令、诊断指令等
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• 助教信息
姓名：苏凯、韩佳松 姓名：苏凯、
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计算机硬件基础
课程教学相关信息
• 其他信息： 其他信息：
实验地点：计算机系统实验室（计算机楼 实验地点：计算机系统实验室（ 519、521、527） 519、521、527） 实验时间： 11~14周周五下午 实验时间：第11~14周周五下午 学时安排与作业： 学时安排与作业：见相关文档
二进制操作码 001 010 011 100 101
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读数
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计算机硬件基础
7.2 操作数类型及存储方式
数值型： 数值型：
整数（有符号，无符号；字节， 双字… 整数（有符号，无符号；字节，字，双字…） 浮点数（单精度，双精度） 浮点数（单精度，双精度）
» PDP-11机（字长 位）的指令分为单字长、两 机 字长16位 的指令分为单字长、 字长、三字长三种，操作码字段占4～ 位不等 位不等， 字长、三字长三种，操作码字段占 ～16位不等， 可遍及整个指令长度。 可遍及整个指令长度。
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计算机硬件基础
8 4 4 4 4 4 12
RR型 RX型 RS型 SI型 SS型
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OP
8
R1 R2 R1 X2 B2
4 4 4
OP
8
D2
12
OP
8
R1 R2 B2
8
D2
12
OP
8
I2
8
4 B1 4
D1
12 4 12
OP
L1
B1
D1
B2
D2
/
计算机硬件基础
7.1 指令系统概述
A1
A2
/
– 执行 (A1) OP (A2)→A2 或 (A1) OP (A2)→A1
计算机硬件基础
7.1 指令系统概述
• 指令格式
按指令包含的地址码个数分类
单地址指令
OP A1
– 执行 (A1) OP (ACC)→ACC
零地址指令
OP – 无需任何操作数，如空操作、停机等指令 无需任何操作数，如空操作、 – 所需的操作数地址是默认的
为了便于书写和阅读程序，每条指令通常用 为了便于书写和阅读程序， 3个或4个英文缩写字母来表示。这种缩写码 个或4个英文缩写字母来表示。 叫做指令助记符 下面是常用助记符举例: 指令助记符。 叫做指令助记符。 下面是常用助记符举例:
指令类型 加法 减法 传送 跳转 存储
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指令助记符 ADD SUB MOV JMP ST LD
• 指令系统
一台计算机能执行的机器指令 一台计算机能执行的机器指令全体称为该机的指 机器指令全体称为该机的指 令系统。 令系统。
指令系统是软件编程的出发点 硬件设计的依据， 指令系统是软件编程的出发点和硬件设计的依据， 软件编程的出发点和 衡量机器硬件的功能，反映硬件对软件支持的程 它衡量机器硬件的功能，反映硬件对软件支持的程 度
5
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计算机硬件基础
第7章 指令系统
6
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计算机硬件基础
本章内容
• • • • • • •
7
指令系统概述 操作数类型及存储方式 寻址方式 指令类型 CISC和RISC指令 和 指令 Pentium指令系统 指令系统 MiniSys指令系统 指令系统
计算机硬件基础
7.1 指令系统概述
• 指令字长
指令字结构
等长指令字结构 ：指令系统中各种指令的 指令字长都是相等的。 指令字长都是相等的。指令一般为单字长指 令或半字长指令。 令或半字长指令。
– 结构简单，指令的控制相对简单，便于VLSI 结构简单，指令的控制相对简单，便于VLSI 实现，但指令空间的利用率可能不够高。 实现，但指令空间的利用率可能不够高。