第四章 指令系统[一]
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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]
《计算机组成原理》教程第4章指令系统
4
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）
5
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
22
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
18
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.
第4章 指令系统
度和数据长度有一定的关系，以方便处理和
存取。
二、对指令系统性能的要求三
4、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，在结构和性 能上有差异，做到所有软件都完全兼容是不 可能的，只能做到“向上兼容”，即低档机 上运行的软件可以在高档机上运行。
a、CISC：70年代后，大多数计算机的指 令系统多达几百条。我们称这些计算机 为复杂指令系统计算机(CISC)。
b、RISC：但是如此庞大的指令系统难以 保证正确性，不易调试维护，造成硬件 资源浪费。为此人们又提出了便于LSI技 术实现的精简指令系统计算机（RISC） 返回
二、对指令系统性能的要求一
4.4、指令和数据的寻址方式
一、指令的寻址方式 二、操作数寻址方式
三、寻址方式举例
一、指令的寻址方式一
1、寻址方式:形成操作数有效地址或指令 有效（偏移）地址的方式。 2、寻址方式分为两类，既指令寻址方式和 数据寻址方式。 3、指令的寻址方式有两种，一种是顺序寻 址方式，另一 种是跳跃寻址方式。 4、操作数或指令在存储器中的地址：某个 操作数或某条指令存放在某个存储单元 时，其存储单元的编号就是地址。请看 图示
答案：
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例三答案：
三、低级语言与硬件结构的关系
高级语言 低级语言
Visual c++、foxpro、java
与软件结构和指令系统无关 编写的程序可在不同机器上 运行
汇编语言、二进制语言
与机器、指令系统密切相关 编写的指令系统不同，不同
机器用不同汇编语言编写程 序，机器唯一可识别的是二
存取。
二、对指令系统性能的要求三
4、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，在结构和性 能上有差异，做到所有软件都完全兼容是不 可能的，只能做到“向上兼容”，即低档机 上运行的软件可以在高档机上运行。
a、CISC：70年代后，大多数计算机的指 令系统多达几百条。我们称这些计算机 为复杂指令系统计算机(CISC)。
b、RISC：但是如此庞大的指令系统难以 保证正确性，不易调试维护，造成硬件 资源浪费。为此人们又提出了便于LSI技 术实现的精简指令系统计算机（RISC） 返回
二、对指令系统性能的要求一
4.4、指令和数据的寻址方式
一、指令的寻址方式 二、操作数寻址方式
三、寻址方式举例
一、指令的寻址方式一
1、寻址方式:形成操作数有效地址或指令 有效（偏移）地址的方式。 2、寻址方式分为两类，既指令寻址方式和 数据寻址方式。 3、指令的寻址方式有两种，一种是顺序寻 址方式，另一 种是跳跃寻址方式。 4、操作数或指令在存储器中的地址：某个 操作数或某条指令存放在某个存储单元 时，其存储单元的编号就是地址。请看 图示
答案：
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例三答案：
三、低级语言与硬件结构的关系
高级语言 低级语言
Visual c++、foxpro、java
与软件结构和指令系统无关 编写的程序可在不同机器上 运行
汇编语言、二进制语言
与机器、指令系统密切相关 编写的指令系统不同，不同
机器用不同汇编语言编写程 序，机器唯一可识别的是二
ch04-指令系统
把累加器A中的内容与源操作数所指的数
据相互交换。 （5条）
– – – – – XCH A, Rn XCH A, @Ri XCH A, direct XCHD A, @Ri SWAP A
堆栈操作指令
– PUSH direct • 先将堆栈指针SP的内容加1, 然后将direct 所指字节单元的内容送入SP所指内部RAM 单元;
40
逻辑与指令
用法（格式）：ANL Dest , Source
– ANL A, Rn
– – – – – ANL ANL ANL ANL ANL A, direct A, @Ri A, ＃data direct, A direct, ＃data
A
B
Y
0
0 1
0
1 0
0
0 0
功能：Dest Dest & Source。
程序存储器数据传送指令
（1）指令格式 – 格式：MOVC A，[源字节] – MOVC A, @A+DPTR – MOVC A, @A+PC （2）操作数：目的操作数只能是累加器
A，源操作数则采用变址寻址方式。寄存 器 间 接 地 址 只 能 是 @A+DPTR 和 @A+PC 。
数据交换类指令
内部RAM之间的数据传送指令
共5条： – MOV direct1, direct2 – MOV direct , Rn – MOV Rn , direct – MOV direct ,@Ri – MOV @Ri ,direct
与累加器A有关的数据传送指令
共6条： – MOV A，Rn – MOV Rn ， A – MOV A，direct – MOV direct ， A – MOV A，@Ri – MOV @Ri ， A
据相互交换。 （5条）
– – – – – XCH A, Rn XCH A, @Ri XCH A, direct XCHD A, @Ri SWAP A
堆栈操作指令
– PUSH direct • 先将堆栈指针SP的内容加1, 然后将direct 所指字节单元的内容送入SP所指内部RAM 单元;
40
逻辑与指令
用法（格式）：ANL Dest , Source
– ANL A, Rn
– – – – – ANL ANL ANL ANL ANL A, direct A, @Ri A, ＃data direct, A direct, ＃data
A
B
Y
0
0 1
0
1 0
0
0 0
功能：Dest Dest & Source。
程序存储器数据传送指令
（1）指令格式 – 格式：MOVC A，[源字节] – MOVC A, @A+DPTR – MOVC A, @A+PC （2）操作数：目的操作数只能是累加器
A，源操作数则采用变址寻址方式。寄存 器 间 接 地 址 只 能 是 @A+DPTR 和 @A+PC 。
数据交换类指令
内部RAM之间的数据传送指令
共5条： – MOV direct1, direct2 – MOV direct , Rn – MOV Rn , direct – MOV direct ,@Ri – MOV @Ri ,direct
与累加器A有关的数据传送指令
共6条： – MOV A，Rn – MOV Rn ， A – MOV A，direct – MOV direct ， A – MOV A，@Ri – MOV @Ri ， A
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。
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。
计原与汇编4
第四章 指令系统
（4）一地址指令 格式：
OP A
意义：单操作数指令 OP(A)→A 双操作数指令 (AX) OP (A)→AX
缩短指令长度的方法：
①结果存放在目的操作数地址中。
②用CPU中的寄存器隐含一个OP数。
③把地址隐含在寄存器中。
第四章 指令系统
（5）零地址指令
格式
OP
用于：①空操作指令、停机指令等。
01B50H 01F50H 021A0H 031ACH 被访问存储单元 段基址
FFFFFH 逻辑地址 物理地址
4、与数据相关的寻址方式
（一）寄存器寻址
• 指令中所需的操作数放在CPU内的某通用寄存器 中,由指令给出该寄存器的地址。 指令（地址码部分）：通用寄存器的地址，R#
操作数地址形成： 操作数： R# 在通用寄存器中，（ R#）
（二）操作码结构 操作码：指令中表示机器操作性质和种类的部分。
操作码长度：决定了指令系统中完成不同操作的指
令条数。
操作码设计方法：
1. 固定长度操作码 2. 可变长度操作码（扩展操作码）
（三）地址码结构
地址码结构包括：
指令中需要几个地址——指令格式；
地址如何给出——寻址方式；
地址码长度 指令格式分类： （1）四地址指令 格式
0H
正在执行的指令 下一条指令
IP（指令指针）是指令的地址指针。
（4）标志寄存器FR（Flags Register）
记录程序执行时的状态，存储PSW（16位长），有9个标志位。
OF DF IF TF SF ZF AF PF CF
进位位 奇偶位 辅助进位位 零值位 符号位 单步标志位 中断允许位 方向位 溢出位
第4章可编程控制器指令系统1
第四章可编程控制器编程软件和编程语言【主要内容】编程软件WPLSoft的安装 WPLSoft的使用说明程序的建立梯形图编程模式指令表编程模式批注编程通信联机模式 SFC编程说明 通信设置功能 帮助功能介绍 小结思考题与练习题4.1 编程软件WPLSoft的安装WPLSoft为台达DVP系列可编程序控制器在WINDOWS操作系统环境下所使用的程序编程软件，该软件对系统的需求如表4-1所示。
WPLSoft除了一般PLC程序的规划及WINDOWS的一般编辑功能（例如：剪切、粘贴、复制、多窗口……）外，另提供多种中/英文批注编程及其它便利功能（例如：寄存器编程、设置、文件读取、存盘及各接点图标监测与设置等）。
4.2 WPLSoft的使用说明1.初始设置当激活WPLSoft编程软件之后，执行【文件】/【新建】命名，如图所示，即新建文件进行PLC程序设计，在如图所示的机种设置窗口中可以指定程序标题、PLC机种设置、程序容量（请参考所使用PLC主机的机种名称及程序容量规格）及文件名称等有关程序的初始设置。
文件/新建菜单机种选择4.2 WPLSoft的使用说明当完成上述设置后，便会出现二个子窗口：一为梯形图模式窗口，另一为指令模式窗口，如图所示。
读者可根据自身的编程设计习惯选择编程模式，开始编写PLC程序。
梯形图指令表4.2 WPLSoft的使用说明•梯形图模式：完成梯形图编程，必须由编译转换成指令码或SFC图。
•指令模式：完成指令编程，必须由编译转换成梯形图或SFC图。
•SFC编程模式：图示为SFC编程模式。
完成SFC编程，必须由编译转换成指令码，若要转换成梯形图必须再由指令码编译转换。
SFC编程模式4.2 WPLSoft的使用说明2.功能选择栏简介WPLSoft编程软件刚激活时，其功能选择栏中只有五个可点取的选项：文件（F）、视图（V）、通信（C）、设置（O）与帮助（H）。
在【文件（F）】的下拉菜单中执行【新建】指令后，其功能选择栏上会有其它选项：【编程（E）】、【编译（P）】、【批注（M）】、【查找（S）】等，下面将介绍一些主要功能和特殊功能。
第四章 AT89s52指令系统
• @DPTR的寻址范围覆盖片外RAM的全部64K区 域，例如，MOVX A，@DPTR
第四章 AT89S52指令系统
1
寄存器间接寻址
• 例4-11 • MOV R0，#06H ；06H→ (R0) • MOVX A，@R0 ；（（R0））→ (A) • 例4-12 MOV DPTR,#0EFFFH；0EFFFH→ （DPTR0） MOVX A， @DPTR；（(DPTR0)）→ (A)
• (1002H)=19H
(1006H)=2DH
• (1003H)=4DH
(1007H)=35H
第四章 AT89S52指令(系1统008H)=31H
1
4．DW(Define Word)定义双 字节数据伪指令
• 格式： Yn
[标号：] DW Y1，Y2，Y3，……，
• 该伪指令与DB伪指令的不同之处是，DW定义
第四章 AT89S52指令系统
1
变址间接寻址
• 变址间接寻址指令由基址寄存器和变址寄存器组成， 16位寄存器DPTR(数据指针)或PC(程序计数器)作为 基址寄存器，8位累加器A作为变址寄存器。
• 基址寄存器内容和变址寄存器内容相加形成新的16 位地址，该地址即为操作数的存储地址。这是一种 独特的寻址方式，A中的内容可以随程序的运行动 态变化，所以可以实现动态寻址。
• 也可写成
•
MOV A， 90H ；(90H)→ (A)
第四章 AT89S52指令系统
1
直接寻址
• MOV 0A0H , #20H ； #20H→(P2)
• MOV A, 0A0H；直接寻址，(P2) → (A)
• MOV R0, #0A0H
• MOV @R0, #40H ；#40H→(0A0)
第四章 AT89S52指令系统
1
寄存器间接寻址
• 例4-11 • MOV R0，#06H ；06H→ (R0) • MOVX A，@R0 ；（（R0））→ (A) • 例4-12 MOV DPTR,#0EFFFH；0EFFFH→ （DPTR0） MOVX A， @DPTR；（(DPTR0)）→ (A)
• (1002H)=19H
(1006H)=2DH
• (1003H)=4DH
(1007H)=35H
第四章 AT89S52指令(系1统008H)=31H
1
4．DW(Define Word)定义双 字节数据伪指令
• 格式： Yn
[标号：] DW Y1，Y2，Y3，……，
• 该伪指令与DB伪指令的不同之处是，DW定义
第四章 AT89S52指令系统
1
变址间接寻址
• 变址间接寻址指令由基址寄存器和变址寄存器组成， 16位寄存器DPTR(数据指针)或PC(程序计数器)作为 基址寄存器，8位累加器A作为变址寄存器。
• 基址寄存器内容和变址寄存器内容相加形成新的16 位地址，该地址即为操作数的存储地址。这是一种 独特的寻址方式，A中的内容可以随程序的运行动 态变化，所以可以实现动态寻址。
• 也可写成
•
MOV A， 90H ；(90H)→ (A)
第四章 AT89S52指令系统
1
直接寻址
• MOV 0A0H , #20H ； #20H→(P2)
• MOV A, 0A0H；直接寻址，(P2) → (A)
• MOV R0, #0A0H
• MOV @R0, #40H ；#40H→(0A0)
计算机组成原理 指令系统
本章所讨论的指令，是机器指令
本章学习内容
4.1 指令格式 4.2 寻址技术 4.3 堆栈与堆栈操作 4.4 指令类型
本章学习要求
理解：指令的基本格式以及不同地址码（3、2、1 、0地址）的双操作数指令的区别 理解：规整型指令和非规整型指令的特点 掌握：扩展操作码的方法 理解：编址单位和指令中地址码的位数与主存容量 、最小寻址单位的关系 掌握：基本的数据寻址方式和有效地址EA的计算方 法 掌握：自底向上的存储器堆栈的概念及堆栈的进、 出栈操作 理解：常用指令的特点
当用一些硬件资源代替指令字中的地址码字段后
• 可扩大指令的寻址范围
• 可缩短指令字长 • 可减少访存次数 当指令的地址字段为寄存器时
三地址
二地址 一地址
OP R1, R2, R3
OP R1, R2 OP R1
• 可缩短指令字长 • 指令执行阶段不访存
EXP 某指令字长为16位，每个地址码为6位，扩 展操作码技术，设有14条二地址指令，100条一 地址指令，100条零地址指令： 1）画出扩展图 2）计算操作码平均长度 3）指令译码逻辑
1.规整型
操作码字段的位数和位置是固定的。 假定：指令系统共有m条指令，指令中操 作码字段的位数为N位，则有如下关系式： N≥log2 m 规整型编码对于简化硬件设计，减少指 令译码的时间是非常有利的。 IBM 370机（字长32位）的指令可分为 三种不同的长度,不论指令的长度为多少位，其 中操作码字段一律都是8位。
指令长度可以等于机器字长，也可以大于或 小于机器字长。 在一个指令系统中，若所有指令的长度都是 相等的，称为定长指令字结构；若各种指令的长 度随指令功能而异，称为变长指令字结构。
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。
计算机组成原理(第三版)第 4 章 指令系统汇编
OP D
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 ;
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 ;
计算机指令系统
第一节 指令系统
编码方式 0操作数指令（只有操作码）
计算机重新启动指令reset 停机指令stop， halt，空操作 nop
指令格式为：操作码OP
1操作数（地址）指令
如自动“+1”、“-1”、“求反”，跳转 jmp 01
指令格式为：操作码OP 地址
第一节 指令系统
2操作数指令
一、传送指令 4．间接寻址 MOV Reg, [SReg]
间接寻址方式的操作数在存储器中。 操作数地址的偏移量包含在特殊寄存 器BX, BP, SI和DI之一中。 数据段寄存器DS加上SI, DI, BX中的 偏移量为操作数的地址。PA=[DS]16+[SI]
（2）举例 MOV AX，[SI] 寄存器，移位寄存器，加法器，地址总线，数据总 线
一个存储单元的数加上另一个存储单元 add A，B，或add A，10或add A，(10)
操作码OP 第一操作数A1 第二操作数A2 二地址指令在计算机中得到了广泛的应用， 但是在使用时有一点必须注意：指令执行 之后，A1中原存的内容已经被新的运算结 果替换了。第一节 指令系统 作数类型第一节 指令系统
指令系统的要求
完备性：完备性是指用汇编语言（机器指令） 可以编写任何种程序。 有效性：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。 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。 指令的表现形式是机器语言，机器语言一般通 过汇编来书写。
不断增加可实现复杂功能的指令和多种 灵活的编址方式，甚至某些指令可支持 高级语言语句归类后的复杂操作。一般 CISC计算机所含的指令数目至少300条 以上，有的甚至超过500条。 VAX11/780计算机有303条指令，18 种寻址方式。Pentium机也有191条指 令，9种寻址方式。
第四章 指令系统1
5、寄存器寻址方式 方法： 方法：指令中给出的操作数地址不是内存 单元的地址，而是通用寄存器的编号。 单元的地址，而是通用寄存器的编号。 有效地址E=Ri , S=(Ri) 有效地址
例: MOV AX, R1
特点：可以缩短指令字长，不访问内存， 特点：可以缩短指令字长，不访问内存， 所以速度快. 所以速度快
例: MOV AX, [8000H]
4、间接寻址 方法： 方法：指令地址字段中给出的不是操作数 的真正地址，而是操作数地址的指针 地址的指针， 的真正地址，而是操作数地址的指针， ＝（D） 即E＝（ ）S= ( (D) ) ＝（ 特点： 特点：间接寻址方式可以扩大寻址范 但由于两次访存， 围，但由于两次访存，影响指令执行 速度
4.4 指令和数据的寻址方式 一、寻址方式 １、寻址方式概念：当采用地址指定方式， 寻址方式概念：当采用地址指定方式， 在存储器中写入或读出操作数或指令字 形成操作数或指令地址的方式， 时，形成操作数或指令地址的方式，称 为寻址方式。
一、寻址方式
２、寻址方式分类 寻址方式分为：指令寻址方式和数据寻 指令寻址方式和数据寻 址方式，前者比较简单，后者比较复杂。 址方式，前者比较简单，后者比较复杂。 3、两个定义： 两个定义：
第四章 指令系统
本章提要： 本章提要： 指令系统概述（发展、作用）； 指令系统概述（发展、作用）； 指令格式； 指令格式； 指令类型； 指令类型； 寻址方式； 寻址方式； CISC和RISC. 和
4.1 指令系统的发展和性能要求 一、指令系统的发展 1.指令: 1.指令:就是要计算机执行某种操作的 指令 命令。 命令。 从计算机组成的层次结构来说， 从计算机组成的层次结构来说，计 算机的指令有微指令 机器指令和 微指令、 算机的指令有微指令、机器指令和宏指 之分。 令之分。
FP1的指令系统
10. CT 计数器指令
X0由OFF-ON一次，计数一次，将预设值减1； X1由OFF-ON,计数器复位，触头C100断开，从而Y0也断开； 当X1由ON-OFF时，预设值再次装入。 注意： 注意： 的编号为CT100-CT143； （1）CT的编号为 ） 的编号为 ； （2）预设值另外两种设置方法与定时器相同。 ）预设值另外两种设置方法与定时器相同。 后的编号应相同。 （3）CT，SV，EＶ，T后的编号应相同。 ） ， ， Ｖ 后的编号应相同 (PLCtu423)
PLC 02a 14
11. SR移位指令： 移位指令：
字内部继电器WR的数据左移一位。 的数据左移一位。 字内部继电器 的数据左移一位
注意： 注意： 只用于字内部继电器WR.Ｘ1由OFF-ON一次， 一次， （１）只用于字内部继电器 Ｘ 由 一次 WR3状态左移一位，最低位（R30）移入Ｘ0的状态， 状态左移一位， 的状态， 状态左移一位 最低位（ ）移入Ｘ 的状态 WR3的最高位 的最高位(R3F)丢失 的最高位 丢失 若移位端及复位端（ ＯＮ则复位优先 （２）若移位端及复位端（即X1,X2）同为ＯＮ则复位优先。 ）同为ＯＮ则复位优先。
CY in d2F
左移
in
D2
d20
d1F
D1
d10 CY
右移
例如：图4-28中，DT0-DT9 共10个寄存器从低位到高位串联起来。 当CP端(X12)由OFF-ON时，全部数据依次左移或右移一位； 当复位端R(X13)为ON时，DT0-DT9全部复位为０（共160位）。 指令助记符（PLCtu428）
二．基本顺序指令和 基本功能指令
1．ST, ST/, OT ．
PLC 02a
4
注意：OT指令接右母线，可以并联使用。 指令接右母线，可以并联使用。 指令接右母线
3第四章FP1指令系统
2
ST X2
3
AN X3
4
ORS
5
ST X4
6
OR X5
7
ANS
8
OT Y0
X0 X1 X2 X3 X4 X5 Y0
1
时序图
2
34
例题说明：
从时序图上看，该例的逻辑关系显得比较复杂，但是 仔细分析就可发现Y0有四个接通段，分别代表了该例子的 四种有效组合。
➢ 当X0、X1接通且X4接通时，Y0接通，对应图中第1段接 通情况。
C56/C72 19 8 18 36 1l 41 26 14 6 19 198
FP1的指令按照功能可分为两大类
➢ 基本指令 ➢ 高级指令
按照在手持编程器上的输入方式可为三种
➢ 键盘指令。可以直接在键盘上输入的指令（即各种指 令在手持编程器上有相应的按键）。
➢ 非键盘指令。键盘上找不到，输入时需借助于“SC” 和“HELP”键，指令方可输入。
从图中可见，X0和X1串联后组成逻辑块1，X2和X3串联后组成逻 辑块2，用ORS将逻辑块1和逻辑块2并联起来，组合成为逻辑块3； 然后由X4和X5并联后组成逻辑块4，再用ANS将逻辑块3和逻辑块4 串联起来，组合成为逻辑块5，结果输出给Y0。
地址 指令 数据
0 1
ST AN
X0 X1
块1
2 3 4
第四章 FP1的指令系统
可编程控制器来源于继电器系统和计算机系统，可以 将其理解为计算机化的继电器系统。继电器在控制系统中 主要起两种作用： 1）逻辑运算。运用继电器触点的串、并联接等完成逻辑 与、或、非等功能，因而可完成较复杂的逻辑运算。 2）弱电控制强电。即通过有关的触点的通断，控制继电 器的电磁线圈，从而来控制强电的断通。
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译码开始
4：16译码器 ： 译码器
4：16译码器 ： 译码器
4：16译码器 ： 译码器
4：16译码器 ： 译码器
…
15条三地址指令 15条三地址指令
…
14条二地址指令 14条二地址指令
…
31条一地址指令 31条一地址指令
…
16条零地址指令 16条零地址指令
图4.1 指令译码逻辑图
•
注意事项: 注意事项: • 短操作码不能与长操作码 的前面代码部分相同； 的前面代码部分相同； • 各指令的操作码一定不能重复,而且各类指令的 各指令的操作码一定不能重复, 格式安排应统一规整. 格式安排应统一规整.
例1(P151.题2):假设某计算机指令长度为20位,具有双操作 1(P151.题2):假设某计算机指令长度为20位 假设某计算机指令长度为20 单操作数、无操作数三类指令形式, 数、单操作数、无操作数三类指令形式,每个操作数地址 规定用6位表示, 规定用6位表示,问： 若操作码字段固定为8 现设计出m条双操作数指令,n 若操作码字段固定为8位,现设计出m条双操作数指令,n 固定为 条无操作数指令,在此情况下, 条无操作数指令,在此情况下,这台计算机最多可以设计出 多少条单操作数指令？ 多少条单操作数指令？ 解 ： 2 8 - m - n条
(1) 三个容易混淆的基本概念
• 指令字长:一条指令中包含二进制代码的位数. 指令字长:一条指令中包含二进制代码的位数. • 存储字长:存储单元中二进制数的位数. 存储字长:存储单元中二进制数的位数. • 机器字长:计算机能直接处理的二进制数据的 机器字长: 位数,通常与主存单元的位数一致. 位数,通常与主存单元的位数一致.
例:设某机器的指令字长为16位,包括基本操作码4位 设某机器的指令字长为16位 包括基本操作码4 16 和三个地址字段,每个地址字段长4 其格式为: 和三个地址字段,每个地址字段长4位,其格式为: 15 12 11 A1 OP 8 7 A2 4 3 A3 0
采用扩展操作码的方式,设计: 采用扩展操作码的方式,设计: (1)15条三地址指令,15条两地址指令,15条 (1)15条三地址指令,15条两地址指令,15条 条三地址指令,15条两地址指令,15 一地址指令,16条零地址指令. ,16条零地址指令 一地址指令,16条零地址指令. (2)15条三地址指令,14条两地址指令,31条 (2)15条三地址指令,14条两地址指令,31条 条三地址指令,14条两地址指令,31 一地址指令,16条零地址指令. ,16条零地址指令 一地址指令,16条零地址指令.
0000 1110
XXXX XXXX 0000 1 1 01 1110 1110 1110 1111 1111 1111 1111
YYYY YYYY YYYY YYYY 0000 0001 1111 0000 1110 1111 1111
ZZZZ ZZZZ ZZZZ ZZZZ ZZZZ ZZZZ ZZZZ ZZZZ ZZZZ 0000 1111
(2) 指令的长度
• 单字长指令：指令字长等于机器字长. 单字长指令：指令字长等于机器字长.
• 双字长指令: 指令字长等于两个机器字长的指 双字长指令: 令. 例如:IBM 370的指令长度有16位 半字) 32位 单字) 的指令长度有16 例如:IBM 370的指令长度有16位(半字)、32位(单字) 48位 一个半字). 及 48位(一个半字).
学习指令系统的目的： 学习指令系统的目的：对于了解计算机的工作过 程和控制方法有重要的作用。 程和控制方法有重要的作用。 主要学习内容： 主要学习内容： 4.1 指令格式 4.2 指令和数据的寻址方式 4.3 CISC和RISC CISC和
4.1 指令格式
1.指令格式 1.指令格式 操作码 地址码
•
地址个数对程序长度和指令长度的影响 同一个问题,用地址数越多的指令编写的程序越短, 同一个问题,用地址数越多的指令编写的程序越短, 但指令长度越长. 但指令长度越长.
例:分别用三地址、二地址、一地址指令编制计算 分别用三地址、二地址、 x=(a×b+c-d)/(e+f)的程序 的程序。 x=(a×b+c-d)/(e+f)的程序。 为操作数,A 解：假设a、b、c…为操作数,A、B、C…为操作数地址 假设a 为操作数,A、 为操作数地址 (1)三地址指令程序 (1)三地址指令程序
• 操作码(Operation code):指明该指令执行 操作码(Operation code):指明该指令执行 什么性质的操作, 什么性质的操作,不同的指令有不同的操作 其位数反映了机器操作种类, 码.其位数反映了机器操作种类,即机器允许 的指令条数. 的指令条数. • 地址码:指明操作数所在的地址(Source 地址码:指明操作数所在的地址(Source reference),结果存放的地址 结果存放的地址(Result operand reference),结果存放的地址(Result reference)以及下一条指令的地址 operand reference)以及下一条指令的地址 (Next instruction reference).
• 等长指令字结构:一个指令系统中,各种指令字 等长指令字结构:一个指令系统中, 长度是相等的.RISC采用等长指令字结构. .RISC采用等长指令字结构 长度是相等的.RISC采用等长指令字结构. 优点:指令字结构简单,长度固定,指令译码时间 优点:指令字结构简单,长度固定, 有利于硬件控制系统的设计,执行速度快; 短,有利于硬件控制系统的设计,执行速度快; 缺点:指令平均长度长、容易出现冗余码点, 缺点:指令平均长度长、容易出现冗余码点,指令 不易扩展等. 不易扩展等. • 变长指令字结构：一个指令系统中,各种指令字 变长指令字结构：一个指令系统中, 长度随功能而异.CISC采用变长指令字结构. .CISC采用变长指令字结构 长度随功能而异.CISC采用变长指令字结构. 优点:使用灵活,充分利用指令的每一位, 优点:使用灵活,充分利用指令的每一位,指令平均 长度短,码点冗余少,易于扩展; 长度短,码点冗余少,易于扩展; 缺点:指令格式不规整,取指令时需要多次访存, 缺点:指令格式不规整,取指令时需要多次访存,从 而导致不同指令的执行时间不同, 而导致不同指令的执行时间不同,硬件控制系统 复杂. 复杂.
操作码 A１ A２ A3 下条指令地址(A4) 下条指令地址(A4)
指令功能: 指令功能: (A1) OP (A2)
A4提供下一条指令的地址 A3 A4提供下一条指令的地址
(2) 三地址双操作数指令
操作码 A１ A２ A3
指令功能: 指令功能: (A1) OP (A2) 下一条指令的地址由PC PC提供 下一条指令的地址由PC提供 (3) 二地址双操作数指令
第四章 指令系统
指令(instruction): 计算机硬件能识别并直接 指令(instruction): 执行的操作命令(如加、 传送、转移等), 执行的操作命令(如加、减、传送、转移等), 即机器指令(Machine Instruction)。 即机器指令(Machine Instruction)。 指令系统(指令集： sets):一台计算机 指令系统(指令集：instruction sets):一台计算机 能执行的全部指令的集合。 能执行的全部指令的集合。 指令系统反映了计算机具有的基本功能， 指令系统反映了计算机具有的基本功能，是计 算机系统硬件、软件的主要分界面。 算机系统硬件、软件的主要分界面。 指令系统既是计算机硬件设计的主要依据,又是 指令系统既是计算机硬件设计的主要依据 又是 计算机软件设计的基础,所以 一台计算机指令系 计算机软件设计的基础 所以,一台计算机指令系 所以 统的优劣直接影响着计算机系统的性能. 统的优劣直接影响着计算机系统的性能
2.地址码结构 2.地址码结构
设计指令的地址码格式时需解决： 设计指令的地址码格式时需解决： • 一条指令中指明几个地址(与指令所涉及的操作数个 一条指令中指明几个地址 与指令所涉及的操作数个 数有关)； 数有关 ； • 如何给出地址(显地址--地址信息明显地给出 隐地址显地址--地址信息明显地给出; 如何给出地址 显地址--地址信息明显地给出;隐地址地址信息依据某种事先约定, 用隐含的式给出). -地址信息依据某种事先约定, 用隐含的式给出). • 地址码应选多长(与存储单元容量 与存储单元容量、 地址码应选多长 与存储单元容量、编址单位大小和 寻址方式有关). 寻址方式有关 以双操作数运算类指令(如加法指令)为例: 以双操作数运算类指令(如加法指令)为例: (1) 四地址双操作数指令
定长操作码:所有指令的操作码长度一致，均为n (1) 定长操作码:所有指令的操作码长度一致，均为n 位操作码, 集中位于指令字的固定字段中， 位操作码, 集中位于指令字的固定字段中，最多能够 表示2 条指令。 表示2n条指令。 特点：简单规整， 特点：简单规整，由于定长的操作码在指令字中所 占的位数、位置固定，所以指令译码简单， 占的位数、位置固定，所以指令译码简单，有利于简 化硬件设计。 化硬件设计。
操作码 A１ A２
A3
指令功能: 指令功能: (A1) OP (A2) 下一条指令的地址由PC提供 下一条指令的地址由PC提供 PC
A1
(4) 一地址双操作数指令 操作码 A1 AC
指令功能: 指令功能: (A1) OP (AC) AC为累加寄存器 AC为累加寄存器
下一条指令的地址由PC提供 下一条指令的地址由PC提供 PC (5) 零地址双操作数指令 操作码 指令功能: 指令功能:堆栈栈顶和次栈顶中的内容从堆栈 弹出后,进行某种运算,结果压入堆栈. 弹出后,进行某种运算,结果压入堆栈.
(AC) ×(B) (AC)+(C)
(AC)D; (AC)-(D) X;(AC)/(X) (AC)
STORE X;
3.操作码：指明指令要完成的操作功能及其特性。 3.操作码：指明指令要完成的操作功能及其特性。 操作码 指令系统中的每一条指令都有一个唯一确定的操作 不同指令有不同的操作码。 码，不同指令有不同的操作码。 若指令系统中有m种操作， 若指令系统中有m种操作，即指令系统中可包 条指令，则操作码的位数n应满足： 含m条指令，则操作码的位数n应满足： M<=2n, 故 n>=㏒2m