计算机组成原理第四章指令系统[二]

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计算机组成原理第4章指令系统课件

4.2 指令的格式
4.2.1 指令的编码格式
操作码OC
AC1
AC2
（1）把保存操作前原来操作数的地址称为源点地址(SS)，把保存指令执行结果的地址称为终点地址或目的地址(DD)。
（2）将源点与终点操作数进行操作码规定的操作后，将结果存入终点地址。通常二地址指令又称为双操作数指令。
ADD R0，R1表示将R0寄存器的内容和R1寄存器的内容相加以
5 异或XOR
XOR指令对两个操作数进行按位异或运算。
4.4 指令的种类
4.4.4 移位、循环类指令
CF
位移指令SAL/SHL操作示意图
CF
SAR操作示意图
CF 0
SHR操作示意图
4.4 指令的种类
4.4.4 移位、循环类指令
不带进位标志的循环左移指令ROL MSB 操作数 LSB
CF
不带进位标志的循环右移指令ROR MSB 操作数 LSB
例如：在IBM-PC指令系统中
MOV
AX，05FFH
4.3 寻址方式
4.3.2 常用的寻址方式
2.直接寻址方式
（1）含义：是指地址字段直接指明操作数在存储器内的位置的寻址方法。即形式地址等于有效地址。（2）优缺点： A、优点：简单，不需要进行加法运算。 B、缺点：地址空间指令地址字段长度的限制。
4.2 指令的格式
4.2.3 指令助记符
通常采用一些符号来代表二进制数据，这些符号即指令助记符。
指令助记符 ADD SUB MUL DIV
助记符示例
含义
指令助记符
相加
AND
相减
OR
相乘
LOAD
相除
STORE

《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.

计算机原理第四章指令系统

4. 寄存器间接寻址方式
指令给出寄存器号，寄存器中存放着操作数的地址。
优点：寄存器的位数较长（一般为机器字长），足以访问整个内存空间，这样既有效地压缩了指令长度，又解决了寻址空间太小的问题。
主存单元例： ADD (R1)，(R2) R0 1000H 1000H 3A00H
R1
2C00H＋ 3B00H → 3000H单元 R2
计算机组成原理
指令扩展举例 1
16位指令字三地址指令范围 xxxx
0000 1110 1111 1111 1111 1111 1111 1111
xxxx xxxx xxxx
A1 A1 0000 1110 1111 1111 1111 1111 A2 A2 A1 A1 0000 1110 1111 1111 A3 A3 A2 A2 A1 A1 0000 1111
２．变长操作码，定长指令码。
操作码长度不固定，但指令码的长度固定。这种设计当操作码变长时，地址码就缩短（地址个数变少），但指令字总长不变。〔例〕设某机器的指令长度为16位，包括基本操作码4位和三个地址字段，每个地址字段长4位，其格式为： 15 14 13 12 OP 11 10 9 8 AD1 7 6 5 4 AD2 3 2 AD3 1 0
第四章
§4.1 指令格式
指令系统
（Ｐ148）
§4.2
寻址方式
§4.3 指令类型 §4.4 § 4.5 CISC和RISC 实验模型机的指令系统汇总表
§4.1 指令格式
计算机指令是计算机硬件能够识别并直接执行的操作命令，又称为机器指令。
一、指令格式
一条指令应包括两方面的信息：操作码信息和地址码信息。操作码OP 地址码AD

第4章指令系统层习题参考解答-汇编语言与计算机组成原理答案

1.什么是“程序可见”的寄存器?程序可见寄存器是指在用户程序中用到的寄存器，它们由指令来指定。

2. 80x86微处理器的基本结构寄存器组包括那些寄存器？各有何用途？基本结构寄存器组按用途分为通用寄存器、专用寄存器和段寄存器3类。

通用寄存器存放操作数或用作地址指针；专用寄存器有EIP和EFLAGS，分别存放将要执行的下一条指令的偏移地址和条件码标志、控制标志和系统标志；段寄存器存放段基址或段选择子。

3．80x86微处理器标志寄存器中各标志位有什么意义?常用的7位：CF进位标志：在进行算术运算时，如最高位(对字操作是第15位，对字节操作是第7位)产生进位或借位时，则CF置1；否则置0。

在移位类指令中，CF用来存放移出的代码(0或1)。

PF奇偶标志：为机器中传送信息时可能产生的代码出错情况提供检验条件。

当操作结果的最低位字节中1的个数为偶数时置1，否则置0。

AF辅助进位标志：在进行算术运算时，如低字节中低4位(第3位向第4位)产生进位或借位时，则AF置1；否则AF置0。

ZF零标志：如指令执行结果各位全为0时，则ZF置1；否则ZF置0。

SF符号标志：其值等于运算结果的最高位。

如果把指令执行结果看作带符号数，就是结果为负，SF置1；结果为正，SF置0。

OF溢出标志：将参加算术运算的数看作带符号数，如运算结果超出补码表示数的范围N，即溢出时，则OF置1；否则OF置0。

DF方向标志：用于串处理指令中控制处理信息的方向。

当DF位为1时，每次操作后使变址寄存器SI和DI减小；当DF位为0时，则使SI和DI增大，使串处理从低地址向高地址方向处理。

4．画出示意图，简述实模式下存储器寻址的过程。

20位物理地址如下计算(CPU中自动完成)：10H×段基址+偏移地址=物理地址5. 画出示意图，简述保护模式下(无分页机制)存储器寻址的过程。

采用对用户程序透明的机制由选择子从描述子表中选择相应的描述子，得到欲访问段的段基址、段限等有关信息，再根据偏移地址访问目标存储单元。

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-第4章指令系统

0000 0001
AA11
AA22
AA33
…
…
…
…
1110 A1 A2 A3
1111 0000 1111 0001
AA22
AA33
…
…
…
…
1111 1110 A1 1111
0000 0001
AA33
…
…
…
…
1111 1111 1110 A3
1111 1111 1111 0000 1111 1111 1111 0001
操作码字段
地址码字段
•操作码：表征指令的操作特性和功能。不同指令有不同编码。
•地址码：指定参与操作的操作数的地址。
4.2 指令格式
一、操作码设计 1、分类 • 固定长度操作码：操作码的长度固定，且集中放在指令字的一个字段中 – 便于译码，扩展性差 • 可变长度操作码：操作码的长度可变，且分散放在指令字的不同字段中 – 能缩短指令平均长度；指令的译码复杂
2、操作码位数的确定 1）要点：组成操作码字段的位数取决于指令系统的指令条数。 2）举例 • 指令系统8条指令8=23 3位操作码 • 指令系统32条指令32=25 5位操作码 • 指令系统2n条指令n位操作码
3）扩展（可变长度）操作码技术
•基本思路： • 让操作数地址个数多的指令操作码字段短些，让操作数地址个数少的指令操作码字段长些
– 等长指令字结构：在一个指令系统中，各种指令字长度是相等的。结构简单，取指快、译码简单
– 变长指令字结构： …………………，…………………….不相等结构灵活，可提高编码效率，控制复杂
4.1指令系统的基本概念
4、指令系统：一台机器中所有机器指令的集合。它对计算机性能的影响主要体现在三个方面： – 机器的硬件结构 – 机器的系统软件 – 机器的适用范围

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。

计算机组成原理指令系统

IBM 370机的指令格式
8
4 4
4 4 4 12
RR型 RX型 RS型 SI型 SS型
OP
8
R1 R2 R1 X2
4 4
OP
8
B2
4
D2
12
OP
8
R1 R2
8
B2
4 B1 4
D2
12
OP
8
I2
8
D1
12 4 12
OP
L1
B1
D1
B2
D2
图4-1 IBM 370机的指令格式
2.非规整型
操作码字段的位数丌固定，丏分散地放在指令字的丌同位置上。 PDP-11机（字长16位）的指令分为单字长、两字长、三字长三种，操作码字段占4 ～16位丌等，可遍及整个指令长度。显然，操作码字段的位数和位置丌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。
入端口地址如出如 AX, n IN AL, n CPU 的寄存器 OUT n, AL AX CPU 的寄存器 IN AL, DX AX, DX 端口地址 OUT DX, AL AX
4.2 寻址技术
所谓寻址，指的是寻找操作数的地址或下一条将要执行的指令地址。寻址技术包括编址方式和寻址方式。
AAA AAS AAM AAD AND OR NOT XOR TEST
3. 移位操作算术移位
逻辑移位
循环移位（带迚位和丌带迚位）
4. 转移 (1) 无条件转移 JMP
(2) 条件转移结果为零转（Z = 1） JZ
如
结果溢出转
（O = 1）JO
300 …
完成触収器
结果有迚位转（C = 1）JC 跳过一条指令 SKP

第4章指令系统(二)

四川警安职业学院标准教案纸
课程名称授课时间教学目标教学重点教学难点教学时数教学内容：第 4 章 8086/8088 寻址方式及指令系统（二）计算机组成原理（第二十八讲）任课教师地点多媒体授课班级 1. 掌握跨段知识 2. 掌握 8086/8088 指令系统 1. 跨段应用 2. 8086/8088 指令系统 1. 数据传送指令 2. 乘法指令 3. 控制转移指令讲授法、演示法、实践操教学手 2节教学方法作法段陈平人数
4
执行的操作：(POTR)<-- AL (字节操作) (PORT+1，PORT)<-- (AX) (字操作) 短格式为： OUT DX，AL (字节操作) OUT DX，AX (字操作) 执行的操作：((DX))<-- AL (字节操作) ((DX)+1，(DX))<-- (AX) (字操作) 在 IBM PC 机里，所有 I/O 端口与 CPU 之间的通信都由 IN 和 OUT 指令来完成。其中 IN 完成从 I/O 到 CPU 的信息传送，而 OUT 完成从 CPU 到 I/O 的信息传送。CPU 只能用累加器(AL 或 AX)接收或发送信息。外部设备最多可有 65536 个 I/O 端口，端口号(即外设的端口地址)为 0000～FFFFH。其中前 256 个端口(0～FFH)可以直接在指令中指定，这就是长格式中的 PORT，此时机器指令用二个字节表示，第二个字节就是端口号。所以用长格式时可以在指令中直接指定端口号，但只限于外设的前 256 个端口。当端口号≥256 时，只能使用短格式，此时，必须先把端口号放到 DX 寄存器中(端口号可以从 0000～FFFFH)，然后再用 IN 或 OUT 指令来传送信息，必须注意。这里的端口号或 DX 的内容均为地址，而传送的是端口中的信息，而且在用短格式时 DX 的内容就是端口号本身，不需要由任何段寄存器来修改它的值。输入，输出指令不影响标志位。 (3)XLAT(Translate)换码指令格式为： XLAT OPR 或 XLAT 执行的操作：(AL)<-- ((BX)+(AL)) 3.地址传送指令 (1)LEA(Load effective addres)有效地址送寄存器指令格式为： LEA REG，SRC 执行的操作： (REG)<-- SRC 指令把源操作数的有效地址送到指定的寄存器中。 (2)LDS(Load DS with Pointer)指针送寄存器和 DS 指令格式为： LDS REG，SRC 执行的操作：(REG)<-- (SRC) (DS)<-- (SRC+2) 把源操作数指定的 4 个相继字节送到由指令指定的寄存器及 DS 寄存器中。该指令常指定 SI 寄存器。 (3)LES(Load ES with Pointer)指针送寄存器和 ES 指令格式为： LES REG，SRC 执行的操作：(REG)<--(SRC) (ES)<--(SRC+2) 把源操作数指定的 4 个相继字节送到由指令指定寄存器及 ES 寄存器中。该指令常指定 DI 寄存器。以上三条指令指定的寄存器不能使用段寄存器，且源操作数必须使用除立即数方式及寄存器方式以外的其它寻址方式。这些指令不影响标志位。本组指令把变量的偏移地址(LEA)或段地址和偏移地址(LDS 和 LES)送给寄存器，以提供访问变量的工具。例 4.3.7: LEA BX，[BX+SI+0F62H] 如指令执行前：(BX)=0400H，(SI)=003CH 则指令执行后：(BX)=0400+003C+0F，(SP))<-- (SRC) (3) POP(Pop from the stack)出栈指令格式为： POP DST 执行操作：(DST)<-- ((SP) + 1，(SP)) (SP) <-- (SP) + 2 这两条堆栈的进栈和出栈指令。堆栈是以“后进先出”方式工作的一个存储区，它必须存在于堆栈段中，因而此段地址存放于 SS 寄存器中。它只有一个出入口，所以只有一个堆栈指针寄存器 SP，SP 的内容在任何时候都指向当前的栈顶，所以 PUSH 和 POP 指令都必须根据当前 SP 的内容来确定进栈或是出栈的存储单元，而且必须及时修改指针，以保证(SP)指向当前的栈顶。堆栈的存取必须以字为单位，所以 PUSH 和 POP 指令只能作字操作。它们可以使用除立即数以外的其他寻址方式。指令也可以指定段寄存器作为操作数，但 POP 指令不允许用 CS 寄存器。这两条堆栈指令不影响标志位。例 4.3.3: PUSH AX 堆栈在计算机工作中起着重要的作用，如果在程序中要用到某些寄存器，但它的内容却在将来还有用，这时就可以用堆栈把它们保下来，然后到必要时再恢复其原来的内容。例如： PUSH AX PUSH BX „ 其间程序用到 AX 和 BX 寄存器 „ POP BX POP AX 堆栈在子程序结构的程序及中断程序中也很有用，这将在以后加以说明。 (4) XCHG(Exchange) 交换指令格式为: XCHG OPR1，OPR2 执行操作：(OPR1)<--> (OPR2) 其中 OPR 表示操作数。该指令的两个操作数中必须有一个在寄存器中，因而它可以在寄存器之间或者在寄存器和存储器之间交换信息，但不允许使用段寄存器。指令允许字或字节操作，且不影响标志位。 2.累加器专用传送指令这组指令只限于使用累加器 AX 或 AL 传送信息，不影响标志位。 (1) IN(Input)输入指令长格式为： IN AL，PORT (字节操作) IN AX，PORT (字操作) 执行的操作：(AL)<-- (PORT) (字节操作) (AX)<-- (PORT+1，PORT) (字操作) 短格式为： IN AL，DX (字节操作) IN AX，DX (字操作) 执行的操作：(AL)<-- ((DX)) (字节操作) (AX)<-- ((DX)+1，(DX)) (字操作) (2)OUT(Output)输出指令长格式为： OUT PORT，AL (字节操作) OUT PORT，AX (字操作)

计算机组成原理-指令系统

1 2
早期计算机的指令系统
以简单指令为主，操作码短，地址码少，寻址方式简单。
现代计算机的指令系统
以复杂指令为主，操作码长，地址码多，寻址方式多样化。
3
未来计算机的指令系统
随着技术的发展，指令系统将更加智能化、自动化和个性化。
02
指令的格式与寻址方式
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
指令的格式
操作码字段
表示指令的操作类型，如加、减、乘、除等。
提高指令执行速度
优化操作码与地址码的设计，可以减少指令的解码时间，从而提高指令的执行速度。
支持更多的操作和寻址方式
通过扩展操作码和优化地址码的设计，可以支持更多的操作和寻址方式，从而增强指令系统的功能和灵活性。
04
指令系统的功能与性能分析
指令系统的功能分析
指令集架构
定义了计算机的基本操作和功能，包括数据类型、操作码、寻址方式等。
指令执行单元
指令执行单元是计算机硬件的核心组件之一，负责执行解码后的指令。它包括算术逻辑单元（ALU）、控制单元（CU）和寄存器文件等组件。
指令系统的软件实现技术
汇编语言
汇编语言是一种低级语言，与机器语言相对应。它使用助记符表示指令，方便程序员编写底层程序。汇编语言编译器将汇编语言程序转换成机器语言程序。
能技术的发展，指令系统将更加注重智能优化能力，以提高程序的执行
效率和准确性。
06
指令系统实例分析
x86指令系统实例
指令集特点
x86指令系统是复杂指令集计算机（CISC）的代表，指令数量庞大，寻址方式多样，支持多种数据类型和操作。
指令格式
x86指令格式多样，包括单字节、双字节和多字节指令，以及可变长度的指令。

计算机组成原理_指令系统

第四章指令系统
4.1 指令系统的发展与性能要求 4.2 指令格式与 4.3 操作数类型 4.4 指令和数据的寻址方式 4.5 典型指令
返回
1
4.1 指令系统的发展与性能要求
1、指令在计算机系统中的地位（1）是软件和硬件分界面的一个主要标志
– 硬件设计人员采用各种手段实现它；
– 软件设计人员则利Βιβλιοθήκη 它编制各种各样的系统软件和应用软件
– 指令系统是表征一台计算机性能的重要因素，它的格式与功能不仅直接影响到机器的硬件结构，而且也直接影
3
4.1 指令系统的发展与性能要求
3、发展情况 – 复杂指令系统计算机，简称CISC。但是如此庞大的指令系统不但使计算机的研制周期变长，难以保证正确性，不易调试维护，而且由于采用了大量使用频率很低的复杂指令而造成硬件资源浪费。 – 精简指令系统计算机：简称RISC，人们又提出了便于VLSI技术实现的精简指令系统计算机。
• Pentium数据类型(见P111表4.4)
– 常规数据类型 – 整数数据类型 – ……..
23
4.4 指令和数据的寻址方式
• 研究问题
– 确定本条指令中各操作数的地址 – 下一条指令的地址
• 寻址方式是指CPU根据指令中给出的地址码字段寻找相应的操作数的方式，它与计算机硬件结构紧密相关，而且对指令的格式和功能有很大的影响。
30
2、立即寻址
• 特点：在取指令时，操作码和操作数被同时取出，不必再次访问存储器，从而提高了指令的执行速度。 • 但是，因为操作数是指令的一部分，不能被修改； • 而且对于定长指令格式，操作数的大小将受到指令长度的限制，所以这种寻址方式灵活性最差 • 通常用于给某一寄存器或主存单元赋初值，或者用于提供一个常数。

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。

白中英计算机组成原理第四章答案

寻址方式有效地址e直接寻址01epcd变址寻址操作码op间接特征i寻址模式x形式地址d7某计算机字长为16位主存容量为64k字采用单字长单地址指令共有40条指令试采用直接立即变址相对四种寻址方式设计指令格式
第4章指令系统
第一页，编辑于星期日：四点四十三分。
3、指令格式结构如下所示，试分析指令格
单字长单地址指令
寻址方式寻址特征X 有效地址E
直接寻址方式
00
E=D
立即寻址方式
01
D=Imm
剩余8位作为形式地址；变址寻址方式
10
E=(R)+D
设计方案：
相对寻址方式
11
E=(PC)+D
方案1：专用变址寄存器；
方案2：通用寄存器作为变址寄存器；
第五页，编辑于星期日：四点四十三分。
方案1：专用变址寄存器
6位
2位
OP 寻址特征
8位形式地址
各操作数的寻址范围：立即数寻址方式
指令中的立即数不能超过8位；
直接寻址方式
直接地址为8位，可直接寻址范围为28个单元；
变址寻址方式
E=（R）+D，其中变址寄存器R为16位；由于主存容量64K字，可直接寻址整个主存空间；
相对寻址方式
E=（PC）+D，可直接寻址整个主存空间；
4位
形式地址D 18位
64种操作
操作码占6位；
16个通用寄存器一个操作数和基址寄存器各占4位；
单字长指令形式地址占32 – 6 – 4 – 4 = 18位；
操作数S的地址E ＝（R1）＋D，其中R1为32位的；
若系统的地址总线≤32位，则可寻址整个主存；
若系统的地址总线＞32位，则可寻址的最大存储空间为232+218

计算机组成原理(第四版)复习重点及例子

计算机组成原理复习重点及要求第二章运算方法和运算器1．定点数的表示方法：掌握定点数的概念；掌握定点数的机器码表示（主要是原码、补码和移码）。

2．定点数的运算方法：掌握补码加减运算方法、溢出概念及检测方法。

3．定点运算器：掌握全加器的功能；掌握行波进位加减法器的结构及工作原理；理解多功能ALU的结构原理；掌握定点运算器的基本结构及其特点（包括单总线结构、双总线结构和三总线结构）。

4．浮点数的表示方法：掌握浮点数的概念；掌握浮点数表示的一般格式；掌握浮点数规格化表示的方法及其意义。

5．浮点数的运算方法：掌握浮点数的加减运算方法及步骤。

第三章存储系统1．理解多级存储器体系结构的意义及各级存储器的主要作用。

2．SRAM存储器：理解存储器芯片的逻辑结构（包括存储阵列、双译码方式、读写控制等）；掌握SRAM存储器芯片的外部引脚特征（包括地址、数据、控制引脚）；掌握SRAM存储器容量扩充方法（包括位扩展、字扩展、字位同时扩展，以及与CPU 的连接等）。

3．DRAM存储器：掌握DRAM存储器的存储原理；理解DRAM存储器的刷新问题及刷新方法；掌握DRAM存储器芯片的外部引脚特征。

4．ROM存储器：掌握ROM存储器的种类；掌握EPROM的擦、写特点。

5．Cache存储器：掌握cache存储器的作用及工作原理，理解程序局部性原理的意义；掌握cache－主存系统性能指标的计算方法（包括命中率、平均访问时间及效率）；掌握各种主存与cache的地址映射方式及其特点，理解各种映射方式下的主存与cache的地址格式及其各字段的含义；理解替换策略对cache存储器的意义。

6．虚拟存储器：掌握虚拟存储器的作用及相关概念；掌握各式虚拟存储器的工作原理及特点（包括页式、段式和段页式虚拟存储器）；掌握各式虚拟存储器的地址变换过程，掌握各自的虚地址格式及其各字段的含义。

第四章指令系统1．指令系统的基本概念：掌握机器指令、指令系统、系列机、CISC、RISC等概念。

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

计算机组成原理知识点总结

计算机组成原理白中英复习第一章计算机系统概论电子数字计算机的分类P1通用计算机超级计算机、大型机、服务器、工作站、微型机和单片机和专用计算机;计算机的性能指标P5数字计算机的五大部件及各自主要功能P6五大部件：存储器、运算器、控制器、输入设备、输出设备;存储器主要功能：保存原始数据和解题步骤;运算器主要功能：进行算术、逻辑运算;控制器主要功能：从内存中取出解题步骤程序分析,执行操作;输入设备主要功能：把人们所熟悉的某种信息形式变换为机器内部所能接收和识别的二进制信息形式;输出设备主要功能：把计算机处理的结果变换为人或其他机器所能接收和识别的信息形式;计算机软件P11系统程序——用来管理整个计算机系统应用程序——按任务需要编制成的各种程序第二章运算方法和运算器课件+作业第三章内部存储器存储器的分类P65按存储介质分类：易失性：半导体存储器非易失性：磁表面存储器、磁芯存储器、光盘存储器按存取方式分类：存取时间与物理地址无关随机访问：随机存储器RAM——在程序的执行过程中可读可写只读存储器ROM——在程序的执行过程中只读存取时间与物理地址有关串行访问：顺序存取存储器磁带直接存取存储器磁盘按在计算机中的作用分类：主存储器：随机存储器RAM——静态RAM、动态RAM只读存储器ROM——MROM、PROM、EPROM、EEPROMFlash Memory高速缓冲存储器Cache辅助存储器——磁盘、磁带、光盘存储器的分级P66存储器三个主要特性的关系：速度、容量、价格/位多级存储器体系结构：高速缓冲存储器cache、主存储器、外存储器;主存储器的技术指标P67存储容量：存储单元个数M×每单元位数N存取时间：从启动读写操作到操作完成的时间存取周期：两次独立的存储器操作所需间隔的最小时间 ,时间单位为ns;存储器带宽：单位时间里存储器所存取的信息量,位/秒、字节/每秒,是衡量数据传输速率的重要技术指标;SRAM存储器P67基本存储元：用一个锁存器触发器作为存储元;基本的静态存储元阵列P68双译码方式P68读周期、写周期、存取周期P70DRAM存储器P70基本存储元：由一个MOS晶体管和电容器组成的记忆电路;存储原理：所存储的信息1或0由电容器上的电荷量来体现充满电荷：1；没有电荷：0;一个DRAM存储元的写、读、刷新操作P71DRAM的刷新：集中式刷新和分散式刷新P73存储器容量的扩充P73位扩展——增加存储字长P73字扩展——增加存储字的数量P73字、位扩展P74例题P73只读存储器ROM P80掩模ROM、PROM、EPROM、EEPROM、Flash 存储器P80-86并行存储器P86双端口存储器：指同一个存储器具有两组相互独立的读写控制线路;多模块交叉存储器：连续地址分布在相邻的不同模块内,同一个模块内的地址都是不连续的;对连续字的成块传送可实现多模块流水式并行存取,大大提高存储器的带宽; cache基本原理P92避免 CPU“空等”现象CPU 和主存DRAM的速度差异程序访问的局部性原理cache由高速的SRAM组成cache的基本原理P93命中、未命中、命中率P93例题P94cache与主存的地址映射P94全相联映像：主存中的任一块可以映象到缓存中的任一块;直接映像：每个缓存块可以和若干个主存块对应；每个主存块只能和一个缓存块对应;组相联映像：某一主存块 j 按模 u 映射到缓存的第i 组中的任一块;替换算法P98先进先出算法FIFO：把一组中最先调入cache的块替换出去,不需要随时记录各个块的使用情况,所以实现容易,开销小;近期最少使用算法LRU：将近期内长久未被访问过的行块换出;每行设置一个计数器,cache每命中一次,命中行计数器清零,其它各行计数器增1;当需要替换时,比较各特定行的计数值,将计数值最大的行换出;最不经常使用LFU：被访问的行计数器增加1,换值小的行,不能反映近期cache的访问情况;随机替换：从特定的行位置中随机地选取一行换出; cache的写操作策略P99写回法、全写法、写一次法P99-100第四章指令系统指令系统P103程序、高级语言、机器语言、指令、指令系统、复杂指令系统计算机CISC、精简指令系统计算机RISCP103指令格式P105操作码：指令操作性质的二进制数代码地址码：指令中的地址码用来指出该指令的源操作数地址一个或两个、结果地址及下一条指令的地址;三地址指令、二地址指令、一地址指令、零地址指令；三种二地址指令SS、RR、RSP106指令字长度、机器字长P107例题P110操作数类型P110地址数据、数值数据、字符数据、逻辑数据寻址方式P112确定本条指令的操作数地址,下一条欲执行指令的指令地址指令寻址顺序寻址——PC+1跳跃寻址——转移类指令数据寻址P112-116立即寻址——形式地址就是操作数直接寻址——有效地址由形式地址直接给出隐含寻址——操作数地址隐含在操作码中间接寻址——有效地址由形式地址间接提供寄存器寻址——有效地址即为寄存器编号寄存器间接寻址——有效地址在寄存器中基址寻址——有效地址=形式地址+基地址变址寻址——有效地址=形式地址+变址寄存器的内容相对寻址——有效地址=PC的内容+形式地址堆栈寻址——栈顶指针段寻址例题P118指令的分类119数据处理、数据存储、数据传送、程序控制RISC技术P121RISC——精简指令系统计算机CISC——复杂指令系统计算机RISC指令系统的特点P121第五章中央处理器CPU的功能P127指令控制、操作控制、时间控制、数据加工CPU的基本组成P127控制器、运算器、cacheCPU中的主要寄存器P128数据缓冲寄存器DR、指令寄存器IR、程序计数器PC、数据地址寄存器AR、通用寄存器、状态字寄存器PSW操作控制器的分类P130时序逻辑型：硬布线控制器存储逻辑型：微程序控制器指令周期P131取出并执行一条指令所需的全部时间;指令周期、机器周期、时钟周期P131一个指令周期含若干个机器周期一个机器周期包含若干个时钟周期取指周期数据流P132执行周期数据流P133—138时序信号的作用和体制P141时序信号的基本体制是电位—脉冲制;数据加在触发器的电位输入端D ,打入数据的控制信号加在触发器的时钟脉冲输入端 CP;电位高低表示数据是1还是0,要求打入数据的控制信号来之前电位信号必须已稳定;节拍电位、节拍脉冲P142控制器的控制方式P144同步控制方式：即固定时序控制方式,各项操作都由统一的时序信号控制,在每个机器周期中产生统一数目的节拍电位和工作脉冲;异步控制方式：不受统一的时钟周期节拍的约束；各操作之间的衔接与各部件之间的信息交换采取应答方式;联合控制方式：同步控制和异步控制相结合的方式,大部分指令在固定的周期内完成,少数难以确定的操作采用异步方式;微程序控制原理P145微程序控制是指运行一个微程序来实现一条机器指令的功能;微程序控制的基本思想：仿照计算机的解题程序,把微操作控制信号编制成通常所说的“微指令”,再把这些微指令按时序先后排列成微程序,将其存放在一个只读存储器里,当计算机执行指令时,一条条地读出这些微指令,从而产生相应的操作控制信号,控制相应的部件执行规定的操作;微程序、微指令、微命令、微操作P145机器指令与微指令的关系P150微命令的编码方法P151直接表示法：微指令的每一位代表一个微命令,不需要译码;编码表示法：把一组相斥性的微命令信号组成一个小组即一个字段,然后通过小组字段译码器对每一个微命令信号进行译码,译码输出作为操作控制信号;混合表示法：把直接表示法与字段编码表示法混合使用,以便能综合考虑微指令字长、灵活性、速度等方面的要求;微指令格式P153水平型微指令：是指一次能定义并能并行执行多个微命令的微指令;垂直型微指令：微指令中设置微操作码字段,采用微操作码编译法,由微操作码规定微指令的功能,称为垂直型微指令;垂直型微指令的结构类似于机器指令的结构;硬连线控制器P155基本思想：通过逻辑电路直接连线而产生的,又称为组合逻辑控制方式;这种逻辑电路是一种由门电路和触发器构成的复杂树形逻辑网络;三个输入：来自指令操作码译码器的输出；来自执行部件的反馈信息；来自时序产生器的时序信号,包括节拍电位信号M和节拍脉冲信号T;一个输出：微操作控制信号硬布线控制器的基本原理：某一微操作控制信号C用一个逻辑函数来表达;并行处理技术P161并行性的概念：问题中具有可以同时进行运算或操作的特性;时间并行：让多个处理过程在时间上相互错开,轮流使用同一套硬件设备的各个部件,以加快硬件周转而赢得速度,实现方式就是采用流水处理部件;空间并行：以数量取胜;它能真正的体现同时性时间+空间并行：综合应用;Pentium中采用了超标量流水线技术;流水线的分类P163指令流水线：指指令步骤的并行;将指令流的处理过程划分为取指令、译码、取操作数、执行、写回等几个并行处理的过程段;算术流水线：指运算操作步骤的并行;如流水加法器、流水乘法器、流水除法器等;处理机流水线：是指程序步骤的并行;由一串级联的处理机构成流水线的各个过程段,每台处理机负责某一特定的任务;流水线中的主要问题P164资源相关：指多条指令进入流水线后在同一机器时钟周期内争用一个功能部件所发生的冲突;数据相关：在一个程序中,如果必须等前一条指令执行完毕后,才能执行后一条指令;解决数据相关冲突的办法：为了解决数据相关冲突,流水CPU的运算器中特意设置若干运算结果缓冲寄存器,暂时保留运算结果,以便于后继指令直接使用,称为“向前”或定向传送技术;控制相关：由转移指令引起的;解决控制相关冲突的办法：延迟转移法、转移预测法;例题P165第六章总线系统总线的概念P184总线是构成计算机系统的互联机构,是多个系统功能部件之间进行数据传送的公共通路;总线的分类P184内部总线——CPU内部连接各寄存器及运算部件之间的总线;系统总线——CPU和计算机系统中其他高速功能部件相互连接的总线;按系统传输信息的不同,又可分为三类：数据总线,地址总线和控制总线;I/O总线——中、低速I/O设备之间互相连接的总线;总线性能指标P185总线宽度：指数据总线的根数;寻址能力：取决于地址总线的根数;PCI总线的地址总线为32位,寻址能力达4GB;传输率：也称为总线带宽,是衡量总线性能的重要指标;例题P193总线上信息传送方式P190串行传送：使用一条传输线,采用脉冲传送有脉冲为1,无脉冲为0;连续几个无脉冲的处理方法：位时间;并行传送：每一数据位需要一条传输线,一般采用电位传送电位高为1,电位低为0;分时传送：总线复用、共享总线的部件分时使用总线;总线接口P192I/O接口,也叫适配器,和CPU数据的交换一定是并行的方式,和外设数据的交换可以是并行的,也可以是串行的;总线的仲裁P193集中式仲裁：有统一的总线仲裁器;链式查询方式、计数器定时查询方式、独立请求方式P193—195分布式仲裁：不需要中央仲裁器,每个潜在的主方功能模块都有自己的仲裁器和仲裁号;P195总线的定时P196同步定时：事件出现在总线上的时刻由总线时钟信号来确定;异步定时：后一事件出现在总线上的时刻取决于前一事件的出现,即建立在应答式或互锁机制基础上;PCI总线P200PCI：外围设备互连,PCI总线：连接各种高速的PCI设备;PCI是一个与处理器无关的高速外围总线,又是至关重要的层间总线;它采用同步时序协议和集中式仲裁策略,并具有自动配置能力;PCI总线支持无限的猝发式传送;即插即用;第七章外围设备外围设备的定义和分类P209除了CPU和主存外,计算机系统的每一部分都可作为一个外围设备来看待;外围设备可分为输入设备、输出设备、外存设备、数据通信设备和过程控制设备几大类;磁记录原理P210计算机的外存储器又称磁表面存储设备;所谓磁表面存储,是用某些磁性材料薄薄地涂在金属铝或塑料表面作载磁体来存储信息;磁盘存储器、磁带存储器均属于磁表面存储器;磁性材料上呈现剩磁状态的地方形成了一个磁化元或存储元,是记录一个二进制信息位的最小单位;磁表面存储器的读写原理P211在磁表面存储器中,利用一种称为磁头的装置来形成和判别磁层中的不同磁化状态;通过电-磁变换,利用磁头写线圈中的脉冲电流,可把一位二进制代码转换成载磁体存储元的不同剩磁状态；通过磁-电变换,利用磁头读出线圈,可将由存储元的不同剩磁状态表示的二进制代码转换成电信号输出;磁盘的组成和分类P213硬磁盘是指记录介质为硬质圆形盘片的磁表面存储设备; 它主要由磁记录介质、磁盘控制器、磁盘驱动器三大部分组成;温彻斯特磁盘简称温盘,是一种采用先进技术研制的可移动磁头固定盘片的磁盘机;它是一种密封组合式的硬磁盘,即磁头、盘片、电机等驱动部件乃至读写电路等组装成一个不可随意拆卸的整体;磁盘上信息的分布P215记录面、磁道、扇区P215磁道编号P215磁盘地址由记录面号也称磁头号、磁道号和扇区号三部分组成;磁盘存储器的技术指标P216存储密度：存储密度分道密度、位密度和面密度;道密度：沿磁盘半径方向单位长度上的磁道数,单位道/英寸;位密度：磁道单位长度上能记录的二进制代码位数,单位为位/英寸;面密度：位密度和道密度的乘积,单位为位/平方英寸;平均存储时间=寻道时间+等待时间+数据传送时间P216数据传输率P217例题P217磁盘cacheP218磁盘cache是为了弥补慢速磁盘和主存之间速度上的差异;磁盘阵列RAIDP218RAID：独立磁盘冗余阵列廉价冗余磁盘阵列,或简称磁盘阵列;简单的说, RAID 是一种把多块独立的硬盘物理硬盘按不同方式组合起来形成一个硬盘组逻辑硬盘,从而提供比单个硬盘更高的存储性能和提供数据冗余的技术;组成磁盘阵列的不同方式成为 RAID 级别;RAID 0 提高存储性能的原理是把连续的数据分散到多个磁盘上存取, 这样,系统有数据请求就可以被多个磁盘并行的执行,每个磁盘执行属于它自己的那部分数据请求;这种数据上的并行操作可以充分利用总线的带宽,显着提高磁盘整体存取性能;第八章输入输出系统外围设备的速度分级P236在CPU和外设之间数据传送时加以定时：速度极慢或简单的外设：CPU只需要接受或者发送数据即可;慢速或者中速的设备：可以采用异步定时的方式;高速外设：采用同步定时方式;I/O和主机信息交换方式P237程序查询方式、程序中断方式、直接内存访问DMA方式、通道方式程序查询方式P239数据在CPU和外围设备之间的传送完全靠计算机程序控制;当需要输入/输出时,CPU暂停执行主程序,转去执行设备输入/输出的服务程序,根据服务程序中的I/O指令进行数据传送;这是一种最简单、最经济的输入/输出方式,只需要很少的硬件;但由于外围设备动作很慢,程序进入查询循环时将浪费CPU时间;中断的概念P242中断是指CPU暂时中止现行程序,转去处理随机发生的紧急事件,处理完后自动返回原程序的功能和技术;程序中断方式的原理P242在程序中断方式中,某一外设的数据准备就绪后,它“主动”向CPU发出请求中断的信号,请求CPU暂时中断目前正在执行的程序而进行数据交换;当CPU响应这个中断时,便暂停运行主程序,并自动转移到该设备的中断服务程序;当中断服务程序结束以后,CPU又回到原来的主程序;中断处理过程中的几个问题P243CPU只有在当前一条指令执行完毕后,即转入公操作时才受理设备的中断请求;保存现场P243中断屏蔽P243中断处理过程P243单级中断和多级中断P245单级中断系统中,所有的中断源都属于同一级,所有中断源触发器排成一行,其优先次序是离CPU近的优先权高; 当响应某一中断请求时,执行该中断源的中断服务程序;在此过程中,不允许其他中断源再打断中断服务程序,既使优先权比它高的中断源也不能再打断;多级中断系统是指计算机系统中有相当多的中断源,根据各中断事件的轻重缓急程度不同而分成若干级别,每一中断级分配给一个优先权;优先权高的中断级可以打断优先权低的中断服务程序,以程序嵌套方式工作;一维多级中断是指每一级中断里只有一个中断源,二维多级中断是指每一级中断里又有多个中断源;DMA的基本概念P253直接内存访问DMA是一种完全由硬件执行I/O交换的工作方式;在这种方式中,DMA控制器从CPU完全接管对总线的控制,数据交换不经过CPU,而直接在内存和I/O设备之间进行;DMA方式一般用于高速传送成组数据;DMA方式的优点P253DMA能执行的一些操作P254从外围设备发出DMA请求；CPU响应请求,把CPU工作改成DMA操作方式,DMA控制器从CPU接管总线的控制；由DMA 控制器对内存寻址,即决定数据传送的内存单元地址及数据传送个数的计数,并执行数据传送的操作；发中断,向CPU报告DMA操作的结束;DMA传送方式P254停止CPU访问内存、周期挪用、DMA与CPU交替访内P254 DMA数据传送过程P257传送前预处理；正式传送；传送后处理;P257通道的基本概念P261通道是一个特殊功能的处理器,它有自己的指令和程序专门负责数据输入输出的传输控制,而CPU将“传输控制”的功能下放给通道后只负责“数据处理”功能;这样,通道与CPU 分时使用内存,实现了CPU内部运算与I/O设备的平行工作;通道的功能P253通道具有两种类型的总线：存储总线：承担通道与内存、CPU与内存之间的数据传输任务;通道总线即I/O总线,承担外围设备与通道间的数据传送任务;从逻辑结构上讲,I/O系统一般具有四级连接：CPU与内存通道设备控制器外围设备优先级别：由于大多数I/O设备的读写信号具有实时性,不及时处理会丢失数据；所以通道与CPU同时要求访内时,通道优先权高于CPU;CPU对通道的管理P262CPU是通过执行I/O指令以及处理来自通道的中断,实现对通道的管理;来自通道的中断有两种,一种是数据传送结束中断,另一种是故障中断;通道对I/O模块的管理P262通道通过使用通道指令控制I/O模块进行数据传送操作,并以通道状态字接收I/O模块反映的外围设备的状态;通道的类型P262选择通道、数组多路通道、字节多路通道P263第九章操作系统支持虚拟存储器的概念P282虚拟存储器是借助于磁盘等辅助存储器来扩大主存容量,使之为更大或更多的程序所使用;是一个容量非常大的存储器的逻辑模型,不是任何实际的物理存储器;它指的是主存-外存层次;以透明的方式给用户提供了一个比实际主存空间大得多的程序地址空间;实地址：或物理地址,计算机物理内存的访问地址,由CPU引脚送出,是用于访问主存的地址,对应的存储空间——物理存储空间或主存空间;虚地址：或逻辑地址,在编制程序时独立编址,使用的地址,对应的存储空间——虚存空间或逻辑地址空间;虚地址到实地址的转换过程——程序的再定位;虚存的访问过程P283虚拟存储器的用户程序以虚拟地址编址并存放在辅存中；程序运行时CPU以虚地址访问主存,由辅助硬件找出虚地址和物理地址的对应关系,判断这个虚地址指示的存储单元是否已装入主存：如果在主存,CPU就直接执行已在主存的程序；如果不在,要进行辅存向主存的调度;虚存与cache的异同P283几种虚拟存储器P284段式、页式、段页式页式虚拟存储器P284页、页表：页式虚拟存储系统中,虚地址空间被分成等长大小的页,称为逻辑页；主存空间也被分成同样大小的页,称为物理页;相应地,虚地址分为两个字段：高字段为逻辑页号,低字段为页内地址偏移量；实存地址也分两个字段：高字段为物理页号,低字段为页内地址;通过页表可以把虚地址逻辑地址转换成物理地址;页式虚存地址映射：地址变换时,用逻辑页号作为页表内的偏移地址索引页表,并找到相应物理页号,用物理页号作为实存地址的高字段,再与虚地址的页内偏移量拼接,就构成完整的物理地址;虚页内容若没有调入主存,则计算机启动输入输出系统,把虚地址指示的一页内容从辅存调入主存,再提供CPU访问;转换后援缓冲器P285段式虚拟存储器P286段式虚拟存储器,是以程序的逻辑结构所形成的段如主程序、子程序、过程、表格等作为主存分配单位的虚拟存储器管理方式的存储器;每个段的大小可以不相等;每个程序都有一个段表映象表,用于存放该道程序各程序段从辅存装入主存的状况信息;段表一般驻留在主存中;段式虚存地址映射P287段页式虚拟存储器P287把程序按逻辑单位分段以后,再把每段分成固定大小的页;程序对主存的调入调出是按页面进行的,但它又可以按段实现共享和保护,兼备页式和段式的优点;虚存的替换算法P289虚拟存储器中的替换策略一般采用LRU Least Recent1y Used算法、LFU算法、FIFO算法,或将两种算法结合起来使用;例题P289。

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 ;

计算机组成原理第4章

首先使各个控制电平的初始状态为：CLR=1， LDDR1=0，LDDR2=0， ALU_G=1，SW_G=1，S3 S2 S1 S0 M CN=111111，并将 CONTROL UNIT的开关SP05 打在“NORM”状态，然后按下图所示步骤进行。
数据开关（11000001）
C1H
打开三态门 SW_G=0
-1 0 +1 定点小数
器允许的表示范围（溢出）。
补码纯小数：0≤X<1
总线1 总线2
通用寄存器
ALU
特殊寄存器
总线旁路器
总线3
16
4.9 运算器的基本组成与实例
4.9.2 ALU举例 1. ALU电路
ALU即算术逻辑单元，它是既能完成算术运算又能完成逻辑运算的部件。前面已经讨论过，无论是加、减、乘、除运算，最终都能归结为加法运算。因此，ALU的核心首先应当是一个并行加法器，同时也能执行像“与”、“或”、 “非”、“异或”这样的逻辑运算。由于ALU能完成多种功能，所以ALU又称多功能函数发生器。
C1=G1+P1C0 C2=G2+P2C1=G2+P2G1+P2P1C0
C3=G3+P3G2+P3P2G1+P3P2P1C0 C4=G4+P4G3+P4P3G2+P4P3P2G1+P4P3P2P1C0
6
C1=G1+P1C0 C2=G2+P2C1 C3=G3+P3G2+P3P2G1+P3P2P1C0 C4=G4+P4G3+P4P3G2+P4P3P2G1+P4P3P2P1C0
…
…