计算机组成原理-指令系统
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故：指令格式为 OP 4bit A1 6bit A2 6bit
指令系统能容纳最多24条指令 ∴ 二地址指令最多有24-P-Q种
(2) 采用操作码扩展技术，若二地址指令有X种，零地址指令有 Y种二，地则址一指地令址格式指：令O最P 多4b有it 多A少1 6种bi？t A2 6bit X种 剩余24-X
一地址指令格式： OP10扩bi展t 6bit A 6bit 设为Z 剩余(24-X)26-Z
零地址指令格式： OP16bit ∴Z= (24-X)26- Y 2-6
扩展6bit Y种 ((24-X)26-Z) 26=Y
操作码扩展技术
鲁东大学 LUDONG UNIVERSITY
EX2.机器指令长度为16位，地址码长度为6位，包含单地址 指令，双地址指令和无地址指令，试问单地址指令最多有 多少条？此时双地址指令和无地址指令各多少条？
指令系统
College of Computer Science & Technology
鲁东大学 LUDONG UNIVERSITY
指令系统
机器指令的概念
指令的一般格式
操作和操作数类型
寻址方式
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1.机器指令
指令系统
什么是机器指令？
能够被机器直接理解并执行的语言-机器语言 机器语言的语句-机器指令
鲁东大学 LUDONG UNIVERSITY
强调:操作码扩展技术思考方向
EX2:假设指令字长16位，操作数的地址码为必6须位是，操指作令码有增零长地方址向、
一地址、二地址三种格式。要求：
(1) 设操作码固定，若零地址有P种，一地址指令有Q种，则二 地址最多有多少对种定？长操作码指令格式，应满足最长地址码要求
OP
4b A2
1111 1111 0…000 1110
二地址指令格式 操作码随地址码的
二地址指令15条
减少而增加
一地址指令格式 一地址指令15条
OP 1111
1111 1111
4b 0…000 1111
零地址指令格式 零地址指令16条
操作码扩展技术
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EX1:计算机字长16bit,设有单地址指令和双地址指 令两类，若每个地址码字段为6位且双地址指令有 X条，问单地址指令最多有多少条？
用于零地址指令扩展的编码最少为1个
指令格式-地址码字段
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2.指令的一般格式
分析指令地址码类型
地址码
OP A1 A2 A3 A4
作用：用于指明操作数的地址； ① 四地址指令 ② 三地址指令 ③ 二地址指令 ④ 一地址指令 ⑤ 零地址指令
A指1:令源不操需作要数操1的作地数址 AA只如22需::源：源要操N21O/个作目P操数的H作2操L的T数作…地数址地址 A执或3行:者目操操的作作操：数作o隐数p(含的A1地) 址(A1) 执 或(如A者行1：另操)oC一作pB(个：AW2,操C()AW作1(D)A数o…2p隐)(A含2存)放(A3) ∵A如结4果？果-其如-？下可中存一以一放条存个在指放源A令在C操C的其作中地中数址一隐个含源地地址址中 ∴在 指则 执 (A源向执行可1)2下行o操继和p一操作续(目A条作减：C的指后C少可)令，地以则A址使C通码用C过A或一2(A者地4(址)A1，P) AC3省去
典型操作码扩展题目
•画出所有的指令格式
思考方向：地址码多地址码少 操作码扩展方向
二地址指令 OP 4b A1 6b A2 6b
共有24，使用X 剩余24-X用于扩展
一地址指令 OP 4b + 6b
•分析操作码使用情况
A 6b
前4位有24-X种 后6位有26
故：全部使用有(24-X)•26
操作码扩展技术
字段长度规定：
定长操作码指令系统
变长操作码指令系统
指令格式-操作码字段
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定长操作码指令系统
操作码n bit 操作码n bit 操作码n bit
操作码字段固定长度为n位 则：该指令系统最多可容纳2n条指令 特点： (优)操作码译码简单
(缺)随着地址码增加，指令长度增加
•画出所有的指令格式
二地址指令 OP 4b A1 6b A2 6b
一地址指令 OP 4b + 6b
零地址指令
OP 10b
•分析操作码使用情况
A 6b + 6b
此时最多为1条 剩余编码24-1 设为X条，则剩余编码 (24-1)•26-X=1
此时最多为1•26条
单地址指令最多的情况
二地址指令最少为1条
•指令字长=存储字长：访存一次，即可取出一条指令
•指令字长通常 n Byte，访存最小单位为Byte
指令的操作数类型
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3.操作数和操作的类型
I. 操作数的类型
--地址、数字、字符、逻辑数据
II. 数据在内存中的存放方式
•字长 — 机器字长 ∴不同机器字的长度可能有所不同 •存储字长 — 数据总线的位数 •机器可处理的数据字长 • — 字节、半字(16b)、字(32b)、双字(64b) •各种长度的数据在存储器中存放规则—边界对准原则
指令格式-操作码字段
变长操作码指令系统 鲁东大学 LUDONG UNIVERSITY
--随着地址码长度的变化，操作码长度变化 --特点：与定长刚好相反
常用技术： 操作码扩展技术★
OP 4b A1 A2 A3
三地址指令格式
0000 … 1110
三地址指令15条
OP 4b A1 A2
1111 0…000 1110
什么是指令系统？
机器能够理解的全部机器指令的集合称为该机器的指令系统 指令系统-软/硬件界面 反映机器的功能 不同CPU有所不同
指令系统
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2.指令的一般格式
操作码字段 机器指地令址码字段
源自文库
操作码
指令必须有操作码字段
作用：用于指明操作的类型；
该字段长度的意义：决定了指令系统能够容纳的指令条数
∵ 程序顺序执行，PC+1PC
∴ A4字段可以去掉
指令格式-指令字长
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指令字长
- 指令的长度 = 操作码长度+地址码1长度+地址码2长度+…+地址码n长度 机器字长
- CPU能够一次完成的最大运算位数 = ALU寄存器的长度
存储字长
- 访存一次，能够取出的最多数据位数 = 数据总线的根数
指令系统能容纳最多24条指令 ∴ 二地址指令最多有24-P-Q种
(2) 采用操作码扩展技术，若二地址指令有X种，零地址指令有 Y种二，地则址一指地令址格式指：令O最P 多4b有it 多A少1 6种bi？t A2 6bit X种 剩余24-X
一地址指令格式： OP10扩bi展t 6bit A 6bit 设为Z 剩余(24-X)26-Z
零地址指令格式： OP16bit ∴Z= (24-X)26- Y 2-6
扩展6bit Y种 ((24-X)26-Z) 26=Y
操作码扩展技术
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EX2.机器指令长度为16位，地址码长度为6位，包含单地址 指令，双地址指令和无地址指令，试问单地址指令最多有 多少条？此时双地址指令和无地址指令各多少条？
指令系统
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指令系统
机器指令的概念
指令的一般格式
操作和操作数类型
寻址方式
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1.机器指令
指令系统
什么是机器指令？
能够被机器直接理解并执行的语言-机器语言 机器语言的语句-机器指令
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强调:操作码扩展技术思考方向
EX2:假设指令字长16位，操作数的地址码为必6须位是，操指作令码有增零长地方址向、
一地址、二地址三种格式。要求：
(1) 设操作码固定，若零地址有P种，一地址指令有Q种，则二 地址最多有多少对种定？长操作码指令格式，应满足最长地址码要求
OP
4b A2
1111 1111 0…000 1110
二地址指令格式 操作码随地址码的
二地址指令15条
减少而增加
一地址指令格式 一地址指令15条
OP 1111
1111 1111
4b 0…000 1111
零地址指令格式 零地址指令16条
操作码扩展技术
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EX1:计算机字长16bit,设有单地址指令和双地址指 令两类，若每个地址码字段为6位且双地址指令有 X条，问单地址指令最多有多少条？
用于零地址指令扩展的编码最少为1个
指令格式-地址码字段
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2.指令的一般格式
分析指令地址码类型
地址码
OP A1 A2 A3 A4
作用：用于指明操作数的地址； ① 四地址指令 ② 三地址指令 ③ 二地址指令 ④ 一地址指令 ⑤ 零地址指令
A指1:令源不操需作要数操1的作地数址 AA只如22需::源：源要操N21O/个作目P操数的H作2操L的T数作…地数址地址 A执或3行:者目操操的作作操：数作o隐数p(含的A1地) 址(A1) 执 或(如A者行1：另操)oC一作pB(个：AW2,操C()AW作1(D)A数o…2p隐)(A含2存)放(A3) ∵A如结4果？果-其如-？下可中存一以一放条存个在指放源A令在C操C的其作中地中数址一隐个含源地地址址中 ∴在 指则 执 (A源向执行可1)2下行o操继和p一操作续(目A条作减：C的指后C少可)令，地以则A址使C通码用C过A或一2(A者地4(址)A1，P) AC3省去
典型操作码扩展题目
•画出所有的指令格式
思考方向：地址码多地址码少 操作码扩展方向
二地址指令 OP 4b A1 6b A2 6b
共有24，使用X 剩余24-X用于扩展
一地址指令 OP 4b + 6b
•分析操作码使用情况
A 6b
前4位有24-X种 后6位有26
故：全部使用有(24-X)•26
操作码扩展技术
字段长度规定：
定长操作码指令系统
变长操作码指令系统
指令格式-操作码字段
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定长操作码指令系统
操作码n bit 操作码n bit 操作码n bit
操作码字段固定长度为n位 则：该指令系统最多可容纳2n条指令 特点： (优)操作码译码简单
(缺)随着地址码增加，指令长度增加
•画出所有的指令格式
二地址指令 OP 4b A1 6b A2 6b
一地址指令 OP 4b + 6b
零地址指令
OP 10b
•分析操作码使用情况
A 6b + 6b
此时最多为1条 剩余编码24-1 设为X条，则剩余编码 (24-1)•26-X=1
此时最多为1•26条
单地址指令最多的情况
二地址指令最少为1条
•指令字长=存储字长：访存一次，即可取出一条指令
•指令字长通常 n Byte，访存最小单位为Byte
指令的操作数类型
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3.操作数和操作的类型
I. 操作数的类型
--地址、数字、字符、逻辑数据
II. 数据在内存中的存放方式
•字长 — 机器字长 ∴不同机器字的长度可能有所不同 •存储字长 — 数据总线的位数 •机器可处理的数据字长 • — 字节、半字(16b)、字(32b)、双字(64b) •各种长度的数据在存储器中存放规则—边界对准原则
指令格式-操作码字段
变长操作码指令系统 鲁东大学 LUDONG UNIVERSITY
--随着地址码长度的变化，操作码长度变化 --特点：与定长刚好相反
常用技术： 操作码扩展技术★
OP 4b A1 A2 A3
三地址指令格式
0000 … 1110
三地址指令15条
OP 4b A1 A2
1111 0…000 1110
什么是指令系统？
机器能够理解的全部机器指令的集合称为该机器的指令系统 指令系统-软/硬件界面 反映机器的功能 不同CPU有所不同
指令系统
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2.指令的一般格式
操作码字段 机器指地令址码字段
源自文库
操作码
指令必须有操作码字段
作用：用于指明操作的类型；
该字段长度的意义：决定了指令系统能够容纳的指令条数
∵ 程序顺序执行，PC+1PC
∴ A4字段可以去掉
指令格式-指令字长
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指令字长
- 指令的长度 = 操作码长度+地址码1长度+地址码2长度+…+地址码n长度 机器字长
- CPU能够一次完成的最大运算位数 = ALU寄存器的长度
存储字长
- 访存一次，能够取出的最多数据位数 = 数据总线的根数