12 第5章-寻址方式和指令系统(第12次课.v2015)
(计算机原理)第5章指令系统
寻址方式
MIPS指令支持多种寻址方式,包括直接寻 址、间接寻址、寄存器寻址等,以满足不
同操作的需求。
指令格式
MIPS指令格式固定为32位或32位对齐的 64位,操作码和操作数之间通过分隔符进 行区分。
指令特点
MIPS指令集具有高效能、低功耗和高可靠 性的特点,广泛应用于网络通信、数字信 号处理等领域。
感谢您的观看
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指令长度设计
在设计指令长度时,需要综合考虑指令系统的功能、指令系统的长度、存储空 间的利用率等多个因素。同时,还需要考虑到不同指令长度的兼容性和扩展性。
03
指令系统的特性
指令系统的兼容性
总结词
指令系统的兼容性是指一个指令系统能够执行不同类型和 规模的程序的能力。
详细描述
指令系统的兼容性是衡量指令系统性能的重要指标之一。 一个好的指令系统应该能够支持多种类型的程序,包括操 作系统、应用程序、游戏等,以满足不同用户的需求。
总结词
指令系统的效率与软件优化密切相关。
详细描述
通过软件优化,可以减少完成一项任务所需的指令数量, 从而提高指令系统的效率。因此,在设计和实现指令系统 时,应充分考虑软件优化的需求和可能性。
04
指令系统的发展历程
第一代计算机的指令系统
总结词
简单、直接、低效
详细描述
第一代计算机采用真空管作为主要元件,指令系统非常简单,通常只有几十条指令,执 行速度慢,效率低下。
指令系统的执行时间
总结词
指令系统的执行时间是指完成一条指令所需的时间。
详细描述
指令系统的执行时间取决于多个因素,包括指令的复杂度 、处理器的时钟频率、指令缓存的命中率等。一个高效的 指令系统应该能够快速地完成指令的执行,从而提高计算 机的整体性能。
ch5.寻址技术和指令系统.ppt
5.1 指令
❖指令的基本格式:
OP
操作码字段
Addr
操作数地址字段
操作码OP用于说明该指令操作的性质及功能。 地址码Addr用来描述该指令的操作对象,由它给出操作数地 址或给出操作数,及操作结果存放地址。
3
5.1 指令
❖指令格式设计的准则:
•在满足操作种类、寻址范围和寻址方式的前提下,指令尽可 能短。这是指令功能完备性与有效性的统一。 •指令长度应为字节的整数倍。这样可以充分利用存储空间, 并增加访问内存的有效性,这是指令格式设计中规整性的体 现。 •指令系统的兼容。兼容性的概念就是指老型号机器上所有可 以运行的软件都可以不加任何修改的在新机器上运行。
4
5.1 指令
❖指令长度=操作码的长度+操作数地址的长度
•操作码长度n位与操作种类N种之间的关系 N≤2n
操作码长度越长,操作种类就越多,指令的条数也越多 地址码长度越长,寻址空间越大,操作数寻址方式越多 显然在固定指令长度的计算机里,这两者是一个矛盾。
5
5.1.1 指令中的地址码格式
❖地址码字段的内容
18
5.1.3 寻址方式
❖寄存器间接寻址
❖图4.5
• 寄存器间接寻址是指指令中给出寄存器号,寄存器中存 放操作数的有效地址。由于寄存器的个数有限,而寄存器的 位数又足以访问这个内存空间,既有效地缩短了指令长度, 又解决了寻址空间太小的问题。这时有效地址为寄存器的内 容,表示为EA=(Ri)。 •特点:只要访问一次主存,修改寄存器内容可以改变访问单 元,灵活方便。
• 其次,间接寻址也可以做到用较短的地址码访问到较大 的存储空间。 • 间接寻址至少需要访问两次主存才能取出操作数,因此 速度慢。
21
寻址方式与指令系统节
寻址方式与指令系统节导言在计算机科学中,寻址方式和指令系统是计算机体系结构设计中至关重要的两个方面。
寻址方式决定了数据的存取方式,而指令系统则规定了计算机执行操作的方法。
本文将探讨寻址方式和指令系统在计算机设计中的重要性,并对它们的一些常见形式和特点进行详细介绍。
寻址方式直接寻址直接寻址是一种简单的寻址方式,其中地址字段直接指向要访问的内存单元。
这种寻址方式效率高,但存储器可以直接访问的容量有限。
间接寻址在间接寻址中,地址字段指向另一个存储位置,该位置包含最终要访问的内存地址。
这种方式可以扩展寻址范围,但多了一次内存访问的开销。
寄存器寻址在寄存器寻址中,指令中直接给出一个寄存器地址,该寄存器中存储了要访问的内存地址。
这种方式速度快,但寄存器数量有限。
基址寻址基址寻址方式使用一个基址寄存器存储一个基地址,再使用另一个寄存器存储偏移量,通过将这两者相加得到最终的内存地址。
这种方式适合访问分散存储的数据结构。
变址寻址变址寻址方式类似于基址寻址,不同之处在于,变址寻址方式允许加上的偏移量不是固定的,而是由指令中提供的。
这种方式适合迭代访问数组等数据结构。
指令系统CISC复杂指令集计算机(CISC)是一种指令系统,其指令集包含了丰富的功能,一条指令可以完成多种操作。
CISC指令集通常包含复杂的寻址方式和复杂的指令格式,适合处理复杂的任务。
RISC精简指令集计算机(RISC)是另一种指令系统,其每条指令只执行一项操作,指令集更加简单明了。
RISC指令集通常使用固定长度的指令格式,寻址方式也相对较简单,适合处理简单快速的任务。
SIMD单指令多数据流(SIMD)是一种并行计算技术,其指令系统中一条指令可以同时处理多个数据元素。
SIMD适用于需要大量相同计算的任务,例如图像处理和数字信号处理。
VLIW超长指令字(VLIW)是一种指令系统,其一条指令包含多个操作,由硬件解析并同时执行。
VLIW通常需要编译器生成多个操作的组合,并且对硬件要求较高。
寻址方式及指令系统
协同发展提高计算机性能
通过寻址方式和指令系统的协同发展,可以不断提高计 算机的性能和灵活性,满足不断变化的计算需求。
谢谢
THANKS
序的可读性和可维护性。此外,间接寻址方式还可以用于实现间接函数调用、数组元素的访问等。
基址寻址方式
总结词
基址寻址方式是指将基址寄存器BX或BP 的内容加上位移量DISP。
VS
详细描述
在基址寻址方式中,操作数的有效地址是 由基址寄存器BX或BP的内容与位移量 DISP相加得到的。基址寻址方式常用于 数组元素的访问和变址运算等场景。通过 基址寻址方式,可以方便地实现数组元素 的遍历和跳转等操作。
变址寻址方式
总结词
变址寻址方式是指将变址寄存器的内容加上 位移量DISP。
详细描述
在变址寻址方式中,操作数的有效地址是由 变址寄存器的内容与位移量DISP相加得到 的。变址寻址方式常用于数组元素的访问和 程序中的循环结构等场景。通过变址寻址方 式,可以实现数组元素的动态遍历和循环变 量的自增等操作。
02 指令系统概述
CHAPTER
指令系统的定义
指令系统的定义
指令系统是计算机硬件能够直接执行 的指令集合,它规定了计算机所具有 的基本功能。
指令系统的特点
指令系统是计算机体系结构的核心组 成部分,其特点包括指令集的规模、 指令的功能、寻址方式、操作码的长 度等。
指令系统的组成
指令格式
01
指令格式是指令系统中每条指令的固定格式,包括操作码和地
间接寻址方式
总结词
间接寻址方式是指操作数通过间接指定的地址来访问,而不是直接给出操作数的值或寄 存器名称。
详细描述
在间接寻址方式中,指令中的地址码指示的是一个内存单元的地址,而不是直接给出操作数的值或寄存器名 称。通过访问该内存单元,可以得到操作数的值。间接寻址方式的优点是可以隐藏操作数的实际值,提高程
寻址方式和指令系统
语句格式:IMUL OPS
功 能 : 字 节 乘 法 : ( AL)*(OPS)→AX, 字 乘 法 : (AX)*(OPS)→DX、AX。
IMUL指令除计算对象是带符号二进制数外,其他都与 MUL一样,但计算结果不同。 【例2.26】有符号数 0B4H与11H相乘。
MOV AL,0B4H ;(AL)=B4H
2.3.3 乘运算指令
1.无符号数乘法指令MUL 2.有符号乘指令IMUL
第2章 寻址方式和指令系统
1.无符号数乘法指令MUL
语句格式: MUL OPS
功能: 若是字节数据相乘,(AL)与OPS相乘得到字数据存入AX 中;若是字数据相乘,则(AX)与OPS相乘得到双字数据,高字存 入DX、低字存入AX中。
第2章 寻址方式和指令系统
5.往目的串中存数指令STOS 语句格式:① STOSB——往字节串中存数 ②(2)STOSW——往字串中存数 功能:将AL或AX中的数据送入DI所指的目的串中的字节 (或字)存储单元中。 即:① 字节操作:(AL)→[DI],字操作:(AX) →[DI]。 ② 修改指针DI,使之指向串中的下一个元素。 当DF=0时,(DI)增量)。当DF=1时,(DI)减量。
第2章 寻址方式和指令系统
1.简单条件转移指令
第2章 寻址方式和指令系统
第2章 寻址方式和指令系统
2.无符号数条件转移指令 表2.2 无符号数条件转移指令
第2章 寻址方式和指令系统
【例2.53】比较无符号数大小,将较大的数存放AX 寄存器。
CMP AX, BX ;(AX)-(BX)
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第2章 寻址方式和指令系统
第2章 寻址方式和指令系统
指令系统
计算机硬件的语言系统
01 简介
03 指令格式
目录
02 发展历程 04 性能要求
目录
05 寻址方式
07 复杂与精简
06 种类 08 执行步骤
指令系统是计算机硬件的语言系统,也叫机器语言,指机器所具有的全部指令的集合,它是软件和硬件的主 要界面,反映了计算机所拥有的基本功能。从系统结构的角度看,它是系统程序员看到的计算机的主要属性。因 此指令系统表征了计算机的基本功能决定了机器所要求的能力,也决定了指令的格式和机器的结构。设计指令系 统就是要选择计算机系统中的一些基本操作(包括操作系统和高级语言中的)应由硬件实现还是由软件实现,选择 某些复杂操作是由一条专用的指令实现,还是由一串基本指令实现,然后具体确定指令系统的指令格式、类型、操 作以及对操作数的访问方式。
寻址方式
根据指令内容确定操作数地址的过程称为寻址。完善的寻址方式可为用户组织和使用数据提供方便。
①直接寻址:指令地址域中表示的是操作数地址。
②间接寻址:指令地址域中表示的是操作数地址的地址即指令地址码对应的存储单元所给出的是地址A,操作 数据存放在地址A指示的主存单元内。有的计算机的指令可以多次间接寻址,如A指示的主存单元内存放的是另一 地址B,而操作数据存放在B指示的主存单元内,称为多重间接寻址。
精简( RISC)
早期的计算机,存储器是一个很昂贵的资源,因此希望指令系统能支持生成最短的程序。此外,还希望程序执 行时所需访问的程序和数据位的总数越少越好。在微程序出现后,将以前由一串指令所完成的功能移到了微代码中, 从而改进了代码密度。此外,它也避免了从主存取指令的较慢动作,从而提高执行效率。在微代码中实现功能的另 一论点是:这些功能能较好的支持编译程序。如果一条高级语言的语句能被转换成一条机器语言指令,这可使编译 软件的编写变得非常容易。此外,在机器语言中含有类似高级语言的语句指令,便能使机器语言与高级语言的间隙 减少。这种发展趋向导致了复杂指令系统( CISC)设计风格的形成,即认为计算机性能的提高主要依靠增加指令复 杂性及其功能来获取。
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2、算术运算类指令:
•
– –
加法指令
ADD/ADC INC Opd, Ops Opd Opd, Ops Opd Ops Ops 加法/带进位加法(字节或字) 加1(字节或字) 减法/带借位减法/比较(字节或字) 减1/求补(字节或字) 无符号/有符号乘法(乘数、乘积隐含在AX) 无符号/有符号除法(被除数、商/余隐含AX)
4) 串装入指令
• 格式:LODS(Load Byte/Word to AL/AX) LODSB ;字节串数据装入 LODSW ;字节串数据装入 LODS OP1 ;指定类型(宽度)的串装入
• 功能:字节型: AL 字 型: AX • 说明:
[DS:SI] [DS:SI]
– 用于将内存某个区域的数据串依次装入累加器,以便处理 – 串装入指令一般不加重复前缀,指令的执行不影响标示位
• 说明:
– 逐个比较串中的每个元素,若相等则ZF=1,否则ZF=0; – 串比较指令的执行不改变操作数的内容,仅影响标志位; – 串比较指令常与条件重复前缀连用,后跟条件转移指令;
例:
• 比较200个字节的数据串是否相等:
LEA SI, MEM1 LEA DI,MEM2 MOV CX,200 CLD REPZ CMPSB TEST CX,00FFH JZ STOP DEC SI DEC DI MOV AL,DS:[SI] MOV AH,ES:[DI] MOV BX,SI STOP: NOP …
JMP指令的格式:
• 段内转移
– 段内直接近转移:JMP NEAR PTR 标号; – 段内直接短转移:JMP SHORT 标号; – 段内间接转移: JMP REG; JMP WORD PTR 标号; (IP) (IP) + disp16 (IP) (IP) + disp8 (IP) (REG) (IP) (EA)
•
– –
交换指令
XCHG XLAT/XLATB
•
–
堆栈操作指令
PUSH/POP Ops REG, MEM REG, MEM AX, Port/Port, AX
•
– –
地址传送指令
LEA LDS/LES
•
–
输入/输出指令
IN/OUT
•
– –
标志位传送指令
LAHF/SAHF PUSHF/POPF
•
掌握要点:
例:
MOV AX, DSEG MOV DS, AX MOV ES, AX CLD MOV DI, OFFSET ASTRING MOV CX, 10 MOV AX, 0 REP STOSW … 功能:将以ASTRING为起始地址的20个字节的存储器单元清零
5、控制转移类指令:
• 转移指令 – 无条件转移指令
– 返回指令
• 段内/段间返回: RET;
• 中断和返回指令
– 软中断指令: – 中断返回指令: INT imm8; IRET;
• 掌握要点:
– – – – – 只有无条件JMP、CALL指令可实现段间转移,条件转移和循环都是段内转移 条件转移的隐含参数是标志寄存器,循环控制指令的隐含参数是CX寄存器 CALL执行首先保护断点地址,然后修改IP及CS,RET则是恢复到断点位置 段间调用需要保护断点的段地址和偏移地址,段内调用均需要保护偏移地址 汇编程序根据过程的NEAR、FAR属性,自动处理RET指令的返回代码
• 段间转移
– 段间直接转移: JMP FAR PTR 标号; (IP) disp16 (CS) SEG标号 – 段间间接转移: JMP DWORD PTR 标号;(IP)(EA) (CS)(EA+2)
段内直接转移(NEAR/SHORT)可以简化为: JMP 标号; 由汇编程序自动计算转移地址偏移量,生成相应的目标代码。
例:
• 用串传送指令实现200个字节数据的传送:
LEA SI, [2000H]
LEA DI,[4000H] MOV CX,200
CLD
REP MOVSB …
2) 串比较指令
• 格式:CMPS (Compare Byte/Word)
CMPSB ;字节串数据比较 CMPSW ;字串数据比较 CMPS OP1,OP2 ;指定类型(宽度)的串比较
功能:比较两个字符串是否相同,如果不同,则将首个不相同 的字符分别送入AL、AH,并将其出现的位置送入BX中
3) 串扫描指令
• 格式:SCAS (Scan Byte/Word) SCASB ;字节串数据扫描 SCASW ;字串数据扫描 SCAS OP1 ;指定类型(宽度)的串扫描 • 说明:
– – – – 执行与CMPS指令相似操作,隐含源操作数是AX或AL; 串扫描指令不改变操作数,对标志位影响与CMPS相同; 串比较指令常与条件重复前缀连用,后跟条件转移指令; 常用于在指定存储区域中寻找某关键字(存放在AX/AL);
串操作指令流程
设源串地址
处理一个字节或字
设目标串地址
修改地址指针
修改串长度值
设串长度
操作结束?
注:
1)修改地址指针:DF=0,增量修正(加1、加2);DF=1,则作减量修正; 2)修改串长度值:CX作计数器,指令每执行一次,CX减1,直到0为止;
(1) 重复前缀
• 重复前缀指令:REP (Repeat)
5) 串存储指令
• 格式:STOS(Store Byte/Word from AL/AX) STOSB ;字节串数据存储 STOSW ;字节串数据存储 STOS OP1 ;指定类型(宽度)的串存储
• 功能:字节型: AL 字 型: AX • 说明:
[ES:DI] [ES:DI]
– 隐含目的串的地址由ES:DI指定; – 典型应 – –
BCD调整指令
AAA/DAA AAS/DAS AAM/AAD
•
掌握要点:
① ② 可以处理无符/有符号的8/16位二进制数,以及不带符号的BCD型十进制数; 对BCD码数先按二进制数进行运算,再对中间结果进行调整(紧跟运算指令)
3、逻辑运算与移位指令:
• 逻辑运算指令
– – – – – AND OR NOT XOR TEST SHL/SHR SAL/SAR ROL/ROR RCL/ROR Opd, Ops Opd, Ops Opd Opd, Ops Opd, Ops Opd, CNT Opd, CNT Opd, CNT Opd, CNT 对字节或字进行逻辑“与”操作 对字节或字进行逻辑“或”运算 对字节或字进行取反操作 对字节或字进行逻辑“异或”运算 对字节或字进行测试(“与”操作) 逻辑左移/右移 算术左移/右移 循环左移/右移 带进位循环左移/右移
•
移位指令和循环移位指令
– – – –
•
掌握要点:
① 所有逻辑运算指令都是对其操作数(字节/字)按位进行逻辑操作; ② 只有NOT指令对所有的标志位不产生影响,其余指令均影响标志位; ③ 逻辑移位针对无符号数,算术移位针对有符号数,移位指令影响标志位;
4、串操作指令:
•
– – –
重复前缀
REP REPE/REPZ REPNE/REPNZ 重复执行后跟串指令直到(CX)=0 当两个元素相等/为零时重复 当两个元素不相等/不为零时重复 串传送(隐含源串DS:SI,目标串ES:DI) 串比较(隐含源串DS:SI,目标串ES:DI) 串扫描(隐含参数AL/AX,源串DS:SI) 串装入(隐含参数AL/AX,源串DS:SI) 串存储(隐含参数AL/AX,目标串ES:DI)
• 段内直接近转移:JMP NEAR PTR 标号; (IP) (IP) + disp16 • 段内直接短转移:JMP SHORT 标号; (IP) (IP) + disp8 • 段内间接转移: JMP REG; (IP) (REG) JMP WORD PTR 标号; (IP) (EA) • 段间直接转移: JMP FAR PTR 标号; (IP) disp16 (CS) SEG标号 • 段间间接转移: JMP DWORD PTR 标号;(IP) (EA) (CS) (EA+2)
• 循环控制指令
– LOOP LOOPZ/LOOPE LOOPNZ/LOOPNE 标号; (CX)(CX)-1,再判断转移
– JCXZ 标号;
直接查询,仅(CX)=0转移
续:
• 调用子程序和返回指令 – 调用子程序指令
• • • • 段内直接调用: 段内间接调用: 段间直接调用: 段间间接调用: CALL CALL CALL CALL N_PROC; REG/MEM; F_PROC; MEM; 先将下一条指令偏移地址压栈, (IP)(IP)+disp16或(IP)(EA); 先将一条指令的CS和IP值压栈, 调整指令指针IP和段基址CS 作为被调用过程的最后一条指令 8位立即数指定中断类型号 用于返回原程序
微型计算机原理与接口技术
(第十二讲)
1、数据传送类指令:
•
–
通用数据传送指令
MOV Opd, Ops Opd, Ops 将字节或字数据由源送至目的 字节或字交换 寻址内存表中一个字节值送入AL中 字压入堆栈/字弹出堆栈 将存储器地址装入一个寄存器 装入偏移地址和数据段/附加段基址 从端口传送字节/字到AX /AX输出 标志REG低8位送AH/AH送标志REG 标志REG压入堆栈/栈顶弹出标志REG
•
– – – – –
串操作指令
MOVS/MOVSB/MOVSW CMPS/CMPSB/CMPSW SCAS/SCASB/SCASW LODS/LODSB/LODSW STOS/STOSB/STOSW