第四章_指令系统和寻址方式(9)
第4章 指令系统和寻址方式
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第4章 8086CPU指令系统 4.1.4 操作数的寻址方式
在指令中，指定操作数或操作数存放位置的方法称为寻址方 式。 8086/8088CPU指令系统的操作数的来源有以下4种：立即数、 寄存器操作数、存储器操作数、端口操作数。 微机系统中除端口操作数外，有七种基本的操作数寻址方式： 立即寻址方式、寄存器寻址方式、直接寻址方式、寄存器间接 寻址方式、寄存器相对寻址方式、基址加变址寻址方式、相对 基址加变址寻址方式，后五种寻址方式是确定存储器操作数有 效地址的计算方法。
第4章 8086CPU指令系统
5. 寄存器相对寻址（Register Relative Addressing）
操作数的有效地址EA 是8位或16位的位移量 （DISP8/16）与基址寄存器BX或基址指示器BP或某个变
址寄存器(DI或SI)之和，即
EA=（BX或BP或SI或DI）+DISP8/16。 MOV AX，[BX+10H]指令操作示意图如图4.6所示。
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第4章 8086CPU指令系统
在存储器操作数的五种寻址方式中，数据都存放于存储单元
中，在指令操作过程中需要 BIU 通过一个总线周期的访问，才 能获得操作数。因此，存储器操作数的寻址方式是怎么根据给 出的操作数地址因子，计算出操作数的有效地址 EA（Effective Address）。有效地址EA是以下三个地址因子的组合，由CPU的 执行单元EU计算出来。
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第4章 8086CPU指令系统
代码段 10000H 1000H:0000H
操作码 BX 20H 00H 操作码
1000H:0100H
MCS-51单片机的指令系统
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4.2 寻址方式
51汇编语言有42种操作码助记符，用来描述33种操作功 能。一种操作码可以使用一种以上的数据类型，又由于 助记符规定了其访问的存储器空间，所以一种功能可能 有几个助记符（如MOV、MOVX、MOVC）。功能助记 符与寻址方式组合，得到111条指令。
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4.2 寻址方式
1）无操作数单字节指令
这类指令只有操作码字段，操作数隐含在操作码中。
例如：INC DPTR
指令码为 ：
数据指针隐含其中
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指令的组成及字节数
2）含有操作数寄存器号的单字节指令 单字节的指令码由操作码字段和指示操作数所 在寄 存器号的字段组成。 例如；MOV A，Rn 指令码为：
其中，rrr为寄存器Rn的编号
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4.1 指令和指令程序
“指令”： CPU能直接识别和执行的命令。 指令系统：CPU所能执行的全部指令的集合。
与CPU的能力、使用的方便灵活性密切相关。 指令的记忆问题？指令本身是二进制代码。
例如以下的51单片机指令：
把10放到累 740AH 加器A中 为பைடு நூலகம்便于记忆 指令助
A加20，结 果仍在A中
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指令的组成及字节数
3．三字节指令（17条）
这条指令的指令码的第1字节为操作码；第2和第3字节为 操作数或操作数地址，有如下3类。 1）16位数据 例如：MOV DPTR，#26ABH 指令码为：
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指令的组成及字节数
2）8位地址和8位数据 例如：MOV 74H，#0FFH 指令码为：
在MCS-51指令中，若操作数是以R0~R7来表示操作数时， 就属于寄存器寻址方式。
第4章 指令系统
3. 规整性
规整性包括指令系统的对称性,匀齐性,指令 格式和数据格式的一致性.对称性是指:在指 令系统中所有的寄存器和存储器单元都可同等 对待,所有的指令都可使用各种寻址方式.匀 齐性是指:一种操作性质的指令可以支持各种 数据类型.
4.兼容性 兼容性
系列机各机种之间具有相同的基本结构和共 同的基本指令集,因而指令系统是兼容的,即 各机种上基本软件可以通用.但由于不同机种 推出的时间不同,只能做到"向上兼容" .
目前在指令操作码设计上主要采用以下两 种编码方式 1. 固定长度操作码 操作码的长度是固定的,且集中放在 指令字的一个字段中,指令的其余部分全 部用于地址码.例如IBM370机和VAX-11系 列机,操作码的长度均为8位,可表示256 种不同的操作. 2. 可变长度操作码
4.2.2 地址码
地址码用于指定操作数和存放运算结果的地址, 通常称为操作数.操作数可以是一个直接的数或者 是一个数据所在的地址,它以空格与操作码分开.
例如: MOV AX,[SI]
假如用户用高级语言编程,根本不用 考虑寻址方式,因为这是编译程序的事,但 若用汇编语言编程,则应对它有确切的了解, 才能编出正确而又高效的程序.此时应认真 阅读指令系统的说明书,因为不同计算机采 用的寻址方式是不同的,即使是同一种寻址 方式,在不同的计算机中也有不同的表达方 式或含义. 思考:设计指令系统时,数据的寻址方式 越多越好吗?为什么?
4.直接寻址 指令中的形式地址A就是操作数的真实 地址EA,这种寻址方式称为直接寻址方式, 又称为绝对寻址方式.如图5-3所示.
OP 寻址特征 A 主存 A 操作数
图5-3 直接寻址方式
例如: MOV AL,[0080H] MOV AX,[1000H]
微机原理第04章(寻址方式和传送指令)
2、指令组成 计算机中指令由操作码字段和操作数字段两部分组成。 一条可以由1~7个字节组成。 操作码字段-----―指示计算机要执行的操作， 操作数字段-----―指出在指令执行操作过程中所需要的操作数； 可以是操作数本身；可以是操作数地址或是地址的一部分；可以 是指向操作数地址的指针或其他有关 操作数的信息。
+ 1 1 SS 1000H 0 0 0 BP 3000H 0 ...
3 0 0 0 3 AH 12H 0 0 AL 34H 0
13000H
执行前： (SS)=1000H ,
(BP)=3000H , (AX)=1234H 执行后：PA=13000H (13000H)=1234H
34H 12H
堆 栈 段
55H
代 码 段
... 50000H 55040H ... 48H 55H ... 堆 栈 段
指令执行后：EA=5040H PA=55040H (55040H)=5548H (AX)=5548H
寄存器相对寻址方式 MOV AX,COUNT[BP]
用途：这种寻址方式同样用于表格处理。 表格首地址COUNT 修改基址或变址寄存器来取得表格中的值。 例：某数据表的首地址为COUNT 欲读取表中第10个数据,存放到（AL)中。
演示
；AX←DS:[SI+06H]
8086/8088 CPU 中有两个变址寄存器 : 源变址寄存器 SI ; 目的变址寄存器 DI 。
操作数一般在内存的数据段中，但允许段跨越。 除有段跨越前缀之外，形成物理地址有二种方式：
(BX) PA=16d ×(DS)+ (SI) (DI) + 16位位移量 8位位移量
段内偏移量为适应各种数据结构的需要，可以有几个部分组 成，所以也把它称为有效地址ＥＡ。
《计算机组成原理》教程第4章指令系统
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二 指令的格式
即指令字用二进制代码表示的结构形式
包括 操作码：操作的性质 操作码 地址码：操作数（operand）的存储位置,即参加操作的 operand , 地址码 数据的地址和结果数的地址
操作码域（op） 地址码域（addr）
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1.操作码 操作码
指令的操作码表示该指令应进行什么性质的操作。 组成操作码字段的位数一般取决于计算机指令系统的 规模。 固定长度操作码：便于译码，扩展性差 . 可变长度操作码：能缩短指令平均长度 操作码的的位数决定了所能表示的操作数,n位操 作码最多表示2n种操作
(2)． 堆栈工作过程 ．
（一）进栈操作 ① 建立堆栈，由指令把栈顶地址送入SP，指针 指向栈顶。 ② 进栈：(A)→Msp, (sp)-1→SP ；Msp:存储 器的栈顶单元 （二）出栈操作 （SP）+1→SP, (Msp)→A
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五.指令类型
一个较完善的指令系统应当包括: 数据传送类指令： 例）move、load、store等 算术运算类指令： 例）add、sub、mult、div、comp等 移位操作类指令： 例） shl，shr，srl，srr 逻辑运算类指令： 例）and、or、xor、not等 程序控制类指令： 例）jump、branch、jsr、ret、int等 输入输出指令： 例）in、out等 字符串类指令： 例）如alpha中cmpbge、inswh、extbl等 系统控制类指令： 例）push、pop、test等
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10) *段寻址方式 段寻址方式 Intel 8086 CPU中采用了段寻址方式（基址寻址的特例）。 由16位段寄存器和16位偏移量产生20位物理地址 11)*自动变址寻址 自动变址寻址 指在变址方式中,每经过一次变址运算时,都自动改变变址寄存 器的内容,以后在PDP-11中详讲.
微机原理与汇编程序设计复习题
微机原理与汇编程序设计复习题微机系统与汇编语言复习题单项选择题10某2=20分填空题10某2=20分问答题：5某5=25分程序分析题4某5=20分设计应用题1某15=15分第一章微型计算机概述答：微型计算机系统是以微型计算机为主体，配上软件系统和外部设备而构成的。
第二章计算机中的数据表示1．58的非压缩BCD和压缩BCD各如何表示？写出存入D某的指令。
答：58的非压缩BCD是0508H存入D某的指令：MOVD某，0508H58的压缩BCD和是58H存入D某的指令：MOVD某，0058H2、什么是ASCII码？可表示哪些信息？按其作用可分为哪些？答：ASCII码是美国信息交换标准代码的简称，用于给西文字符编码。
包括英文字母的大小写、数字、专用字符、控制字符等；按其作用可分为：34个控制字符；10个阿拉伯数字52个英文大小写字母；32个专用符号第三章80某86微处理器及其体系结构1、8086CPU信号线RESET的功能是什么？8086复位后内部寄存器状态是怎样的？8086CPU复位后从什么单元中取第一条指令执行。
答：RESET—复位信号输入8086复位后CS=FFFFH、DS=0000H、ES=0000H、SS=0000H、IP=0000H、FR=0000H8086CPU复位后从CS某10H+IP=FFFFH某10H+0000H=FFFF0H地址单元中取第一条指令执行启动系统。
CS:IP=FFFF:0000H2、已知一个SRAM芯片的容量为8K某8和64K某8，地址线、数据线各为多少？答：SRAM芯片的容量为8K某8：地址线13条,数据线8条SRAM芯片的容量为64K某8：地址线16条、数据线8条3、指令指针寄存器IP多少位？有何功能？答：IP是一个16位的寄存器，存放EU要执行的下一条指令的偏移地址，用以控制程序中指令的执行顺序，实现对代码段指令的跟踪4、8086CPU用于地址锁存器输入允许的控制信号和用于数据收发器允许的控制信号各是什么信号？答：用于地址锁存器输入允许的控制信号是ALE，用于数据收发器允许的控制信号是DEN5、是什么引脚？答：等待测试引脚6、INTA是什么引脚？答：中断响应引脚7、M/IO是什么引脚？答：存储器访问/输入输出访问控制引脚8、8086CPU最小、最大方式时用于总线请求、允许的信号线各是什么？答：最小：HOLD---总线请求HLDA---总线响应最大：RQ/GT0、RQ/GT19、8086CPU访问存贮器和访问I/O的地址分别各为什么？可寻址的最大存贮器空间和最大I/O空间分别各为多少？答：8086CPU访问存贮器的地址是A19—A0,可寻址的最大存贮器空间是1MB.8086CPU访问I/O的地址是A15—A0,可寻址的最大I/O空间是64KB.10、什么是逻辑地址？什么是物理地址？它们各自如何表示？如何转换？答：程序中使用的存储器地址称为逻辑地址，由16位“段基址”和16位“偏移地址”（段内地址）组成。
楼第4章指令系统习题解答
楼第4章指令系统习题解答习题解答：1.什么是寻址模式？8086/8088 CPU的寻址模式是什么？答：指令的寻址方式就是指获得操作数所在地址的方法。
8086/8088cpu指令的寻址方式可分为8种，为立即寻址、直接寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址、寄存器相对寻址、基址变址寻址、基址变址相对寻址、隐含寻址。
2.指示源操作数和目标操作数在以下指令中的寻址方式（1）movax,[si]源操作数：寄存器寻址目的操作数：寄存器间接寻址（2）movdi,100源操作数：寄存器寻址目的操作数：立即寻址（3）mov[bx],al源操作数：寄存器间接寻址目的操作数：寄存器寻址（4）mov[bx+si],cx源操作数：基址变址寻址目的操作数：寄存器寻址（5）adddx,106h[si]源操作数：寄存器寻址目的操作数：寄存器相对寻址3.阅读以下说明（1）sti对（2）call1000h错（3）divax，dl错（4）shlal，4错（5）popax对（6）inal，[30h]错（7）inccs错（8）out40h，al对4.地址是根据已知的物理条件计算的。
已知：SS=1000h，ES=2000h，DS=3000h，CS=4000H，BX=5000h，di=1200h，BP=2300h（1）（2）（3）（4）（5）5.将SP的初始值设置为2400h，ax=4000H，BX=3600h，然后在执行pushax指令后，SP=？，执行pushbx和popax后，SP=？答：则执行指令pushax后，sp=2400h-2=23feh,再执行pushbx和popaxMovax，[2300h]计算公式：DS×16+2300hmov[BX][di]，ax计算公式：DS×16+BX+diaddax，es:[2100h]计算公式：es×16+2100hsubdx，[BP+6]计算公式：SS×16+BP+6movax，[di]计算公式：DS×16+di后sp=23feh。
计算机组成原理-第4章_指令系统
7. 段寻址方式(Segment Addressing)
方法：E由段寄存器的内容加上段内偏移地址而形成。
应用：微型机采用段寻址方式，20位物理地址为16位 段地址左移四位加上16位偏移量。
分类：① 段内直接寻址； ② 段内间接寻址； ③ 段间直接寻址； ④ 段间间接寻址；
9 堆栈寻址方式
堆栈：是一组能存入和取出数据的暂时存储单元。
*** 指令字长度
概念 指令字长度（一个指令字包含二进制代码的位数） 机器字长：计算机能直接处理的二进制数据的位数。 单字长指令 半字长指令 双字长指令
多字长指令的优缺点
优点提供足够的地址位来解决访问内存任何单元的寻址问题 ； 缺点必须两次或多次访问内存以取出一整条指令，降低了CPU的运 算速度，又占用了更多的存储空间。
*** 指令系统的发展与性能要求
*** 指令系统的发展
指令：即机器指令，要计算机执行某种操作的命令。
指令划分：微指令、机器指令和宏指令。
简单
复杂
指令系统：一台计算机中所有指令的集合；是表征
计算机性能的重要因素。
系列计算机：基本指令系统相同、基本体系结构相同 的一系列计算机。
*** 对指令系统性能的要求
（2）立即数只能作为源操作数，立即寻址主要用来给寄存 器或存储器赋初值。以A～F开头的数字出现在指令中时，前 面要加0。
（3）速度快（操作数直接在指令中，不需要运行总线周期）
（4）立即数作为指令操作码的一部分与操作码一起放在代 码段区域中。
（5）指令的长度（翻译成机器语言后）较长，灵活性较差。
【例】MOV AX， 10H 执行后（AX）=？ 其中：这是一条字操作指令，源操作数为立即寻址 方式，立即数为0010H，存放在指令的下两个单元。
第四章 指令系统小结
串联本章的问题 1问：数据可以在计算机中表示，但计算机如何 数据可以在计算机中表示， 对这些数据进行处理。 对这些数据进行处理。 答：通过指令 2问：什么是指令，指令如何构成？ 什么是指令，指令如何构成？ 答：指令是指示计算机执行何种操作的命令， 指令是指示计算机执行何种操作的命令， 它由操作码和地址码构成？ 它由操作码和地很多指令，每条指令格式都 计算机中有很多指令， 一样吗？ 一样吗？ 答：不一样？ 指令类型 不一样？ 4问：既然不一样，那在设计指令的时候应该遵 既然不一样， 循什么原则，才能使指令系统简洁而有效呢。 循什么原则，才能使指令系统简洁而有效呢。 答：涉及的知识点：设计指令时应该考虑的因 涉及的知识点： 素
计算机组成原理(白中英)第4章指令系统
计算机组成原理(白中英)第4章指令系统指令系统概述寻址方式指令系统20XX年3月15日10时45分概述指令：是指示计算机某种操作的命令。
微指令，机器指令，宏指令指令系统：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。
它决定了一台计算机硬件的主要性能和基本功能。
是硬件和软件间的界面。
系列计算机：有共同的指令集，相同的基本体系结构。
CISC和*****X年3月15日10时45分2一个完善的指令系统应满足：1.完备性：指令丰富，功能齐全，使用方便。
1.完备性：指令丰富，功能齐全，使用方便。
完备性 2.有效性程序占空间小，执行速度快。
有效性： 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，规整性：3.规整性：对称性，匀齐性，指令格式和数据格式的一致性。
据格式的一致性。
4.兼容性兼容性：4.兼容性：向上兼容”----系列机中低档机上运行“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。
的软件可以在高档机上运行。
20XX年3月15日10时45分计算机语言与硬件结构的关系高级语言的语句和用法与具体机器的指令系统无关；低级语言分机器语言和汇编语言，他们和具体机低级语言分机器语言和汇编语言，器的指令系统密切相关。
器的指令系统密切相关。
汇编语言与硬件的关系密切，编写的程序紧凑、汇编语言与硬件的关系密切，编写的程序紧凑、占内存小、速度快，占内存小、速度快，特别适合与编写经常与硬件打交道的系统软件；打交道的系统软件；而高级语言不涉及机器的硬件结构，通用性强、编写程序容易，件结构，通用性强、编写程序容易，特别适合与编写与硬件没有直接关系的应用软件。
编写与硬件没有直接关系的应用软件。
20XX年3月15日10时45分4概述机器指令的要素C C C C 操作码源操作数目的操作数下一条指令的引用指令字(简称指令)即表示一条指令的机器字。
指令字(简称指令)即表示一条指令的机器字。
计算机原理_3寻址方式和指令系统
计算机原理_3寻址方式和指令系统寻址方式和指令系统是计算机原理中非常重要的概念，它们决定了计算机能够进行的操作和数据的处理方式。
下面将从寻址方式和指令系统的概念、分类和特点三个方面详细介绍。
一、寻址方式在计算机中，寻址方式是指CPU访问内存中数据的方式。
常见的寻址方式包括直接寻址、间接寻址、变址寻址和相对寻址等。
1、直接寻址直接寻址是指通过给出数据的内存地址来访问数据。
在直接寻址中，指令中给出了待访问的内存地址，CPU直接从该内存地址中读取/写入数据。
2、间接寻址间接寻址是指通过寄存器中的地址来访问数据。
在间接寻址中，指令中给出了一个寄存器的编号，CPU将寄存器中的地址作为内存地址进行读取/写入操作。
3、变址寻址变址寻址是指通过给出基地址和偏移量来计算内存地址的方法。
在变址寻址中，指令中给出了一个基地址和一个偏移量，CPU通过将两者相加来得到最终的内存地址进行操作。
4、相对寻址相对寻址是指通过给出相对于指令计数器的偏移量来计算内存地址的方式。
在相对寻址中，指令中给出了一个偏移量，CPU将偏移量与指令计数器相加来得到最终的内存地址。
二、指令系统指令系统是指计算机可以执行的指令的集合。
根据指令的类型和功能划分，指令系统可以分为以下几种类型。
1、数据传输指令数据传输指令用于在CPU和内存、寄存器之间传输数据。
例如，将内存中的数据传送到寄存器中或将寄存器中的数据传送到内存中等。
2、算术指令算术指令用于进行数值运算，如加、减、乘、除等。
这些指令可以对寄存器或内存中的数据进行算术运算，并将结果存放在寄存器或内存中。
3、逻辑指令逻辑指令用于进行逻辑运算，如与、或、非等。
这些指令可以对寄存器或内存中的数据进行逻辑运算，并将结果存放在寄存器或内存中。
4、控制指令控制指令用于控制程序的执行流程，如跳转、条件分支等。
这些指令可以根据条件改变程序的执行顺序或跳转到指定的地址执行。
指令系统的设计需要考虑指令的种类、格式、寻址方式和作用等因素。
微机原理与接口技术第四章
例3：MOV AX，BX 执行前(AX) = ?
(BX) = 1234H 执行后(AX) = 1234H
(BX) = 1234H
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例4：MOV BL，AH 执行前AH = 00101100B 执行后BL= 00101100B
寄存器寻址示意图：
AH
BL
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例5：寄存器寻址方式举例：
MOV MOV INC AL， BL DS， AX CX ；BL寄存器的内容→AL ；AX寄存器的内容→DS ；CX寄存器的内容加1
移地址有关的寻址两大类指令中应包含的信息：
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与数据有关的寻址
80X86寻址方式
① 立即寻址 ② 寄存器寻址 ③直接寻址 ④寄存器间接寻址 ⑤基址寻址 ⑥变址寻址 ⑦基址加变址寻址 ① 段内直接寻址 ② 段内间接寻址 ③段间直接寻址 ④段间间接寻址
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与转移地址有关的寻址
操作数包含在本条指令当中，这种操作数称为 立即数； 操作数存放在CPU的某个寄存器中，这种操作 数称为寄存器操作数； 操作数存放在存储器中，这种操作数称为存储 器操作数或内存操作数。
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例1：
MOV AX，3064H 执行后AX=? AX=3064H
立即寻址示意图：
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例2：立即数寻址方式举例： MOV AH， 01101100B*5
MOV EAX，34567809H
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2、寄存器寻址方式（Register Address）
操作数放在通用寄存器中： 对于32位操作数，寄存器可以是EAX、EBX、ECX、 EDX、ESI、EDI、ESP、EBP等； 对于16位操作数，寄存器可以是AX、BX、CX、DX、 SI、DI、SP、BP等； 对于8位操作数，寄存器可以是AL、AH、BL┇ 、BH、 CL、CH、DL、DH等。 寄存器寻址方式的特点是运算速度快。
计算机系统基础袁春风第二版课后答案
计算机系统基础袁春风第二版课后答案计算机系统基础是计算机科学与技术专业中非常重要的一门课程。
它主要介绍了计算机系统的基本原理、结构和运行机制等内容。
为了帮助同学们更好地理解和掌握这门课程，袁春风老师编写了《计算机系统基础》第二版，并在课后附上了一系列的习题与答案。
本文将就该书第二版的课后答案进行论述和解答。
第一章：计算机系统概述本章主要介绍了计算机系统的概念、发展历程以及计算机硬件和软件的基本组成部分等。
通过学习本章，同学们可以了解到计算机系统的总体结构，为后续章节的学习打下坚实的基础。
第二章：数字逻辑与数字系统本章主要介绍了数字逻辑与数字系统的基本概念和基本形式，如布尔代数、逻辑函数、逻辑门电路等。
同时，还涉及到数字系统的组合逻辑和时序逻辑设计等内容。
通过学习本章，同学们可以更好地理解和掌握数字逻辑与数字系统的相关知识，为后续章节的学习打下坚实的基础。
第三章：存储系统本章主要介绍了计算机存储系统的基本概念、结构和存储器的层次结构等。
同时，还涉及到存储系统的性能指标和存储器的组成原理。
通过学习本章，同学们可以更好地理解和掌握计算机存储系统的相关知识，为后续章节的学习打下坚实的基础。
第四章：指令系统本章主要介绍了计算机的指令系统和指令的执行方式等。
同时，还涉及到指令的寻址方式和指令的编码方式等内容。
通过学习本章，同学们可以更好地理解和掌握计算机的指令系统，为后续章节的学习打下坚实的基础。
第五章：中央处理器本章主要介绍了计算机的中央处理器(CPU)的基本组成和工作原理等。
同时，还涉及到CPU的指令执行过程和数据传输方式等内容。
通过学习本章，同学们可以更好地理解和掌握计算机的中央处理器的相关知识，为后续章节的学习打下坚实的基础。
第六章：总线与I/O系统本章主要介绍了计算机系统中的总线和I/O系统的基本概念和工作原理等。
同时，还涉及到总线的分类和总线的组织方式等内容。
通过学习本章，同学们可以更好地理解和掌握计算机系统中总线和I/O系统的相关知识，为后续章节的学习打下坚实的基础。
计组第4章
CISC：
•复杂指令系统计算机。 •指令系统中指令数量多达几百条。
RISC：
•精简指令系统计算机。 •选取使用频率最高的简单指令，指令 条数少。
4.1.2 对指令系统性能的要求
一个完善的指令系统应满足如下 四方面的要求：
完备性 规整性
有效性
兼容性
完备性 是指用汇编语言编写各
种程序时，指令系统直接提 供的指令足够使用，而不必 用软件来实现。完备性要求 指令系统丰富、功能齐全、 使用方便。
《计算机组成原理》
第四章 指令系统
介绍几个基本概念
指令是指挥机器完成某种操作的命令。
指令系统是某台计算机能直接识别并正
确执行的所有指令的集合。
指令系统是表征一台计算机性能的重要
因素，是计算机软件与硬件的交界面。
主要内容
1. 2. 3. 4. 5. 指令系统的发展 指令的格式 寻址方式 指令的分类和功能 典型指令系统的模型
操作操作数指令操作码寄存器指令操作数寄存器直接寻址操作码存储器指令操作数直接寻址操作码操作数存储器寄存器指令存储器指令操作码操作数寄存器间接寻址存储器间接寻址操作码操作数pc指令存储器存储器寄存器指令操作码操作数变址寻址pc存储器寄存器指令操作码操作数存储器寄存器指令操作码操作数变址相对寻址间接变址寻址16位偏移量dop其中i为间接寻址标志位x为寻址模式字段d位偏移量字段
有效性是指利用该指令系统所编
写的程序能够高效率地运行。 高效率主要表现：
•
•
空间：在程序占据存储空间小；
时间：执行速度快。
规整性包括指令系统的对称性、匀齐性、
指令格式和数据格式的一致性。
• 对称性：指在指令系统中所有的寄存器 和存储器单元都可同等对待，所有的指 令都可使用各种寻址方式； • 匀齐性：指一种操作性质的指令可以支 持各种数据类型； • 指令格式和数据格式的一致性：指指令 长度和数据长度有一定的关系，以方便 处理和存取。通常都是字节的整数倍。
汇编语言第四章：指令系统和寻址方式
第四章 第一章 指令系统和寻址方式 基础知识
第四章 第一章 指令系统和寻址方式 基础知识
第四章 第一章 指令系统和寻址方式 基础知识
根据d的不同进行选取
第四章 第一章 指令系统和寻址方式 基础知识
d＝1时的操作
第四章 第一章 指令系统和寻址方式 基础知识
d＝0时的操作
第四章 第一章 指令系统和寻址方式 基础知识
如果2000H单元在附加段，指令为： MOV AX, ES:[2000H] 段跨越前缀: 段寄存器名: —— 改变默认使用的段寄存器
第四章 第一章 指令系统和寻址方式 基础知识
可以使用属性操作符 type PTR 来进行属性说明
第四章 第一章 指令系统和寻址方式 基础知识
（4）寄存器间接寻址方式 （Register Indirect Addressing ） 特点: (寄存器) = 操作数的偏移地址 计算操作数物理地址的公式：
next
（7）相对基址变址寻址方式 （ Relative Based Index Addressing ） 特点：(基址寄存器) + (变址寄存器)+位移量 = 操作数的偏移地址
例：设 ( SS ) = 3000H ( BP ) = 2000H ARRAY = 0250H ( SI ) = 1000H MOV AX, ARRAY[BP][SI] 要访问的存储单元物理地址为： 30000H+2000H +0250+1000H 30000H = 33250H
第四章 第一章 指令系统和寻址方式 基础知识
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第四章 第一章 指令系统和寻址方式 基础知识
Байду номын сангаас
王道计算机组成原理第四章指令系统思维导图脑图
根据操作码的长度不同分类
定长操作码：指令系统中所有指令的操作码长度都相同 可变长操作码：指令系统中各指令的操作码长度可变
n位→2n 条指令 控制器的译码电路设计简单，但灵活性较低 控制器的译码电路设计复杂，但灵活性较高
LOAD 作用：把存储器中的数据放到寄存器中
1. 数据传送
STORE 作用：把寄存器中的数据放到存储器中
x86处理器中程序计数器PC通常被称为IP
选择语句的机器级表示
设计思路：一条指令完成一个复杂的基本功能。
代表：x86架构，主要用于笔记本、台式机等
设计思路：一条指令完成一个基本“动作”；多条指令组合完成一个复杂的基 本功能
代表：ARM架构，主要用于手机、平板等
CISC： Complex Instruction Set Computer RISC： Reduced Instruction Set Computer
概念
存储字长：一个存储单元中的二进制代码位数（通常和MDR位数相同）
半字长指令、单字长指令、双字长指令 ——指令长度是机器字长的多少倍
根据指令长度分类
指令字长会影响取指令所需时间。如：机器字长=存储字长=16bit，则取一条双 字长指令需要两次访存
定长指令字结构：指令系统中所有指令的长度都相等
变长指令字结构：指令系统中各种指令的长度不等
隐含寻址
优点：有利于缩短指令字长 缺点：需增加存储操作数或隐含地址的硬件 形式地址A就是操作数本身，又称为立即数，一般采用补码形式
#表示立即寻址特征
一条指令的执行：取指令，访存1次；执行指令，访存0次；
暂不考虑存结果，共访存1次
优点：指令执行阶段不访问主存，指令执行时间最短
缺点：A的位数限制了立即数的范围，如A的位数为n，且立即数采用补码时，可 表示的数据范围为-2n−1 ~2n−1 -1
计算机组成原理(第三版)第 4 章 指令系统汇编
内存
有效地址 EA=［D］； ［EA］＝ DATA； • 例如: ADD A,＠［3050H］ MOV A,＠［3050H］
… EA … DATA
EA
INFO DEPT@ZUFE HANGZHOU.CHINA
5、寄存器寻址方式 ( Register Addressing )
寄存器寻址：操作数存放于指令的操作码所规定的寄存 器中即操作数位于寄存器中，操作数所在的寄存器编号 存放在指令的REG字段中。 • →速度快、指令短，操作数在CPU中； • 指令格式：
内存
有效地址 EA=［PC或IP］+D； ［EA］＝DATA (指令)；
EA→
…
指令 …
D • 例如:JR SUB1-$
INFO DEPT@ZUFE HANGZHOU.CHINA
；
10、堆栈寻址 ( Stack Addressing )
• 操作数位于存储器中，操作数所在的存储器地址 EA由堆栈指针寄存器SP隐含指出，通常用于堆栈 指令。 • 堆栈是由若干个连续主存单元组成的先进后出（ first in last out，即FILO）存储区，第一个放 入堆栈的数据存放在栈底，最近放入的数据存放 在栈顶。栈底是固定不变的，而栈顶是随着数据 的入栈和出栈在时刻变化。栈顶的地址由堆栈指 针SP指明。 • 一般计算机中，堆栈从高地址向低地址扩展，即 栈底的地址总是大于或等于栈顶的地址，称为堆 栈向上生成；堆栈寻址主要用来暂存中断和子程 序调用时现场数据及返回地址。
OP* MOD REG CPU 寄存器组
R0 … Ri
有效地址 EA=REG； ［REG］＝ DATA； • 例如: EA→ ADD A, Ri ; MOV A, Ri ;
《计算机组成原理-白中英版》习题答案
第二章运算方法和运算器1.写出下列各数的原码、反码、补码、移码表示（用8位二进制数）。
其中MSB是最高位（又是符号位）LSB是最低位。
如果是小数，小数点在MSB之后；如果是整数，小数点在LSB之后。
(1) -35/64 (2) 23/128 (3) -127 (4) 用小数表示-1 (5) 用整数表示-1解：(1)先把十进制数-35/64写成二进制小数：(-35/64)10=(-100011/1000000)2=(-100011×2-6)2=(-0.100011)2令x=-0.100011B∴ [x]原=1.1000110 (注意位数为8位) [x]反=1.0111001[x]补=1.0111010 [x]移=0.0111010(2) 先把十进制数23/128写成二进制小数：(23/128)10=(10111/10000000)2=(10111×2-111)2=(0.0001011)2令x=0.0001011B∴ [x]原=0.0001011 [x]反=0.0001011[x]补=0.0001011 [x]移=1.0001011(3) 先把十进制数-127写成二进制小数：(-127)10=(-1111111)2令x= -1111111B∴ [x]原=1.1111111 [x]反=1.0000000[x]补=1.0000001 [x]移=1.0000001(4) 令x=-1.000000B∴ 原码、反码无法表示[x]补=1.0000000 [x]移=0.0000000(5) 令Y=-1=-0000001B∴ [Y]原=10000001 [Y]反=11111110[Y]补=11111111 [Y]移=011111115.已知X和Y, 用变形补码计算X+Y, 同时指出运算结果是否溢出。
（2）X=0.11011 Y= -0.10101解：x+y = 0.00110无溢出6.已知X 和Y, 用变形补码计算X-Y, 同时指出运算结果是否溢出。
第4章_计算机指令构成和寻址方式
Pentium指令系统所支持的数据类型：
1. 整数：补码表示的二进制数，字节(8位)、字(16位)和双字(32 位)3种。
2. 序数：无符号二进制数，字节(8位)、字(16位)和双字(32位)3 种。
3. UBCD数：未压缩的(unpacked)BCD数，数字值0到9，每个数字 占一个字节。 4. BCD数：压缩的BCD数，一个字节可以表示2位数字，从00到99。 5. 指针：32位有效地址，指出段内的地址偏移量。
二地址指令
一地址指令 零地址指令
add r1,r2
add r1 add
r1←r1+r2
A←A+r1 T←T+(T-1)
寻址方式：
寻址方式指的是如何描述一个操作数或下一条指令的地址， 即确定操作数或下一条指令地址的方法。常用的寻址方式有 立即数寻址、寄存器寻址、直接寻址、间接寻址、相对寻址 等。
指令长度： 指令长度有固定长度和可变长度两种。RISC处理机一般采用 固定长度的指令格式，例如SUN SPARC的指令长度均为32位， 与数据字长相同。定长指令格式的好处在于指令译码和流水 线执行比较容易。Pentium处理机的指令长度是可变的，常用 指令用较少的二进制位表示，不常用的指令使用较多的位表 示，它的好处是可以缩短指令的平均长度。 指令系统设计中的问题： 指令种类和寻址方式越多越好，还是越少越好？指令种类越 多、寻址方式越复杂，说明处理机的功能越强。但同时，实 现一条复杂指令需要较多的逻辑门电路，执行一条复杂指令 所化费的时间也比较长，而且处理机的设计复杂度提高、设 计周期增长，并且复杂指令的使用频率较低。指令种类少、 寻址方式简单的好处是可以提高时钟频率，缩短指令周期， 从而很快完成一条指令的执行。但并不是越简单越好，指令 太简单，完成一次比较复杂的操作往往需要一长串的简单指 令序列，也会使执行时间变长，同时也使程序变长。
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有符号数条件转移指令（执行A-B操作） 指令 JG/JNLE JGE/JNL JL/JNGE JLE/JNG 条件 SF=OF AND ZF=0 SF=OF OR ZF=1 SF≠OF AND ZF=0 SF≠OF OR ZF=1 意义 A>B A≥B A<B A≤B
判断计数器为0
again: mov cx,100 movsb ；传送一个字节 dec cx ；传送次数减1 jnz again ；判断传送次数cx是否为0 ；不为0（ZF=0），则转移；否则，结束
again:
next:
mov cx,100 jcxz next movsb dec cx jmp again ...
另一种做法
again:
next:
xor al,al cmp bx,0 jz next shl bx,1 adc al,0 jmp again ...
BX 记录BX “1”的 BX中“ 个数 ；AL＝0，CF＝0
；也可使用 shr bx,1
；AL保存1的个数Fra bibliotek比较无符号数高低
Jxx
• 无符号数的大小用高（Above）低（Below）表 示 • 利用CF确定高低、利用ZF标志确定相等 （Equal） • 两数的高低分成4种关系：
JC/JNC 例：JC/JNC JC/JNC指令
；记录BX中1的个数 xor al,al ；AL＝0，CF＝0 again: test bx,0ffffh ；等价于 cmp bx,0 je next shl bx,1 jnc again inc al jmp again next: ... ；AL保存1的个数
第四章 指令系统和寻址方式 第一章 基础知识
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例：比较有符号数
cmp ax,bx ；比较ax和bx jnl next；若ax≥bx，转移 xchg ax,bx ；若ax＜bx，交换 ...
next:
结果：AX保存较大的有符号数
计数器CX为0转移
JCXZ label ；CX＝0，发生转移：IP←IP＋8位位移量 ；CX≠0，顺序执行
• 这是一条较特殊的指令 • CX寄存器通常在程序中用做计数器 • JCXZ指令用来判断计数是否为0
JP/JNP 例：JP/JNP JP/JNP指令
；设字符的ASCII码在AL寄存器中 ；将字符加上奇校验位 ；在字符ASCII码中为“1”的个数已为奇数时 ；则令其最高位为“0”；否则令最高位为“1” and al,7fh ；最高位置“0”，同时判断“1”的个数 jnp next ；个数已为奇数，则转向next or al,80h ；否则，最高位置“1” next: ...
；判断传送次数cx是否为0
cmp cx,0 jz next
第四章 指令系统和寻址方式 第一章 基础知识
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第四章 指令系统和寻址方式 第一章 基础知识
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第四章 指令系统和寻址方式 第一章 基础知识
例：比较无符号数
cmp ax,bx ；比较ax和bx jnb next；若ax≥bx，转移 xchg ax,bx ；若ax＜bx，交换 ...
next:
结果：AX保存较大的无符号数
比较有符号数 大小
Jxx
• 有符号数的大（Greater）小（Less）需要组合 OF、SF标志，并利用ZF标志确定相等（Equal） • 两数的大小分成4种关系：
⑴ ⑵ ⑶ ⑷ 低于（不高于等于）：JB（JNAE） 不低于（高于等于）：JNB（JAE） 低于等于（不高于）：JBE（JNA） 不低于等于（高于）：JNBE（JA ）
无符号数条件转移指令（执行A-B操作） 指令 JA/JNBE JAE/JNB JB/JNAE JBE/JNA 条件 CF=0 AND ZF=0 CF=0 OR ZF=1 CF=1 AND ZF=0 CF=1 OR ZF=1 意义 A>B A≥B A<B A≤B