操作码指令扩展
arm指令集编码
ARM指令集的编码格式遵循一定规则，主要包括操作码、条件码、目标寄存器、操作数等部分。
下面详细介绍ARM指令集的编码格式：
1. 操作码（opcode）：操作码用于表示指令的具体操作，如ADD、SUB、MUL等。
每个操作码对应一个唯一的二进制表示。
2. 条件码（cond）：条件码用于表示指令的执行条件，如EQ（等于）、NE（不等于）、GT（大于）等。
条件码有16种，用1位二进制表示。
3. 可选后缀（S）：如果指令带有S后缀，则在执行指令后根据结果更新CPSR（程序状态寄存器）中的条件码。
4. 目标寄存器（Rd）：目标寄存器表示指令操作的结果将存储在哪个寄存器中。
ARM有7个通用寄存器组，分别用R0-R6表示。
5. 操作数（operand1, operand2）：操作数表示参与指令操作的数据源。
操作数可以是寄存器、内存地址或立即数。
举个例子，以下是一条ADD指令的编码格式：
ADD <opcode> <cond> <Rd>, <Rn>, <operand2>
其中，opcode表示操作码，cond表示条件码，Rd表示目标寄存器，Rn表示第一个操作数，operand2表示第二个操作数。
定长指令结构下的拓展操作码
定长指令结构下的拓展操作码指令OP（操作码）A（指令存放地址）指令由操作码和若⼲个地址码组成。
定长指令字结构（指令总长度不变）的指令系统中所有指令的长度都相等变长指令字结构（指令总长度需要改变）的指令系统中各种指令的长度不等指令操作码OP操作码指出指令中该指令应该执⾏什么性质的操作和具有何种功能。
操作码是识别指令、了解指令功能与区分操作数地址内容的组成和使⽤⽅法等的关键信息。
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操作码分类:定长操作码：在指令字的最⾼位部分分配固定的若⼲位（定长）表⽰操作码。
⼀般n位操作码字段的指令系统最⼤能够表⽰ 2^n 条指令。
优：定长操对于简化计算机硬件设计，提⾼指令译码和识别速度很有利;缺：指令数量增加时会占⽤更多固定位，留给表⽰操作数地址的位数受限。
扩展操作码(不定长操作码)：全部指令的操作码字段的位数不固定，且分散地放在指令字的不同位置上。
最常见的变长操作码⽅法是扩展操作码，使操作码的长度随地址码的减少⽽增加，不同地址数的指令可以具有不同长度的操作码，从⽽在满⾜需要的前提下，有效地缩短指令字长。
优：在指令字长有限的前提下仍保持⽐较丰富的指令种类;缺：增加了指令译码和分析的难度，使控制器的设计复杂化。
例：某三地址指令某三地址指令：当指令字长为16位，每个地址码占4位。
则前四位为基本操作码字段OP，另外三个4位长的地址字段A1、A2、A3。
4位基本操作码若全部⽤于三地址指令，则有2^4=16条OP A1A2A3拓展操作码定长指令字结构+可变长操作码 = 扩展操作码指令格式1. 三地址指令，我们有16个，但是只⽤15个，然后留下1111作为其他类型的开头2. ⼆地址指令，我们有16个，但是只⽤15个，然后留下1111 1111作为其他类型的开头3. ⼀地址指令，我们有16个，但是只⽤15个，然后留下1111 1111 1111作为其他类型的开头4. 零地址指令，我们有 1 X 2^4 = 16个。
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
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
《计算机组成原理》5-指令系统
◆ CPU中设置程序计数器（PC）对指令的顺序号进行计 数。PC开始时存 放程序的首地址，每执行一条指令，PC 加”1”，指出下条指令的地址， 直到程序结束。
跳跃寻址 Leabharlann 转移指令指出AA22AA33
…
…
…
…
1111 1110 A2 A3
12 位操作码
1111 1111 0000 1111 1111 0001
AA33
…
…
…
…
1111 1111 1110 A3
16 位操作码
…
…
1111 1111 1111 0000 1111 1111 1111 0001 1111 1111 1111 1111
24
双字
28
双字（地址32）▲
32
双字
36
边界未对准
地址（十进制）
字( 地址2)
半字( 地址0)
0
字节( 地址7) 字节( 地址6)
字( 地址4)
4
半字( 地址10)
半字( 地址8)
8
5.2.2 数据类型
2、数据在计算机中存放方式
存储字长内部字节的次序
例： 12345678H如何存储？ 12 34 56 78H
5.3.1指令寻址
指令寻址----计算指令有效地址的方法
指令地址
指令
指令地址寻址方式
PC +1
0 LDA
11 ADD 22 DEC 33 JMP
4 LDA
5 SUB 6 INC
77 STA 88 LDA
扩展操作码设计方案
扩展操作码设计方案背景扩展操作码是指计算机处理器中的新增操作码，用于执行特定的指令。
在计算机发展的过程中，为了满足不断增长的运算需求和计算机体系结构的演化，对于操作码的设计和扩展变得非常重要。
本文将介绍一种扩展操作码的设计方案，以应对现代计算机处理器的需求。
设计目标•提供更多的操作码，以支持更多的指令功能•提高指令执行效率，减少指令执行时间•保持向后兼容性，以便支持现有的指令集架构设计方案方案一：扩展操作码表设计一个新的扩展操作码表，该表包含了新增的操作码和对应的指令功能。
扩展操作码表可以根据需要进行动态扩展，以支持更多的操作码。
新增的操作码可以与现有的操作码表进行区分，以实现向后兼容性。
每个操作码可以对应多个指令功能，使得处理器可以执行更多的操作。
方案二：位扩展操作码设计一种新的位扩展操作码的方式，通过对现有的指令集架构进行扩展。
在指令的编码中增加额外的位，用于表示新增的操作码。
这种方式可以在不改变现有指令格式的情况下扩展操作码，实现向后兼容性。
处理器在执行指令时，识别新增的操作码并执行相应的指令功能。
示例假设现有的指令格式为：OPCODE REG1, REG2, IMM其中，OPCODE为操作码字段，REG1和REG2为寄存器字段，IMM为立即数字段。
为了支持新增的操作码，我们可以在现有指令格式的OPCODE字段中增加额外的位。
例如，假设新增的操作码为EXT，使用1位来表示，则指令格式可以扩展为：OPCODE REG1, REG2, IMM其中，OPCODE字段为3位，其中第1位用于表示是否为扩展操作码，第2和第3位用于表示具体的操作码类型。
扩展操作码EXT的值为01，因此对应的指令格式为：01 REG1, REG2, IMM处理器在执行指令时，首先判断第1位是否为1，如果是，表示为扩展操作码，则根据第2和第3位的值执行相应的操作码功能。
实施步骤1.评估现有的指令集架构，了解其扩展操作码的需求和限制。
指令操作码扩展方法(一)
指令操作码扩展方法(一)指令操作码扩展1. 什么是指令操作码扩展？指令操作码扩展是计算机领域中的一种技术，用于扩展计算机指令的操作码范围。
传统的计算机指令集中，操作码的位数是有限的，导致指令集的容量受限。
指令操作码扩展通过增加操作码的位数，可以扩大指令集的容量，从而支持更多的指令。
2. 指令操作码扩展的方法增加操作码位数增加操作码的位数是一种常见的指令操作码扩展方法。
传统的操作码通常使用几个位来表示，如8位或16位。
通过增加操作码位数，可以在原有的指令集基础上增加更多的操作码，从而支持更多的指令。
使用变长操作码除了增加操作码位数，还可以使用变长操作码来扩展指令集。
传统的操作码长度固定，导致指令集容量受限。
而使用变长操作码，可以根据需要动态地调整操作码的长度，从而支持更多的指令。
采用前缀码前缀码是一种常见的指令操作码扩展方法。
传统的操作码项较少，但是通过添加前缀码，可以为每个操作码添加更多的选项，从而扩展指令集的容量。
前缀码通常是一个固定的位序列，用于识别操作码的不同选项。
利用未被使用的操作码在传统的指令集中，可能存在一些未被使用的操作码。
可以通过重新分配这些未被使用的操作码，来扩展指令集的容量。
这种方法不需要增加操作码位数或使用变长操作码，仅需要对指令集进行重新映射即可。
3. 指令操作码扩展的优缺点优点•支持更多的指令：通过扩展指令操作码，可以支持更多的指令，使得计算机具有更多的功能和灵活性。
•提高指令集的效率：指令操作码扩展可以使得指令集更紧凑，减少指令的长度，从而提高指令集的效率。
缺点•设计复杂性增加：指令操作码扩展会增加计算机硬件的设计复杂性，包括处理器、控制器等。
•指令兼容性问题：指令操作码扩展可能导致指令集的不兼容，使得旧的程序无法在新的计算机上运行。
指令操作码扩展是一种重要的技术，通过扩展操作码的位数、使用变长操作码、采用前缀码或利用未被使用的操作码，可以扩大指令集的容量，从而提供更多的指令。
计算机组成原理测验2及参考答案
设操作码长度= K位
则二地址指令最多可以有2K－M－N 条 （2）如果操作码长度可变
采用操作码扩展技术
基本操作码位数=16－2×6 = 4 位 当留下一个码字作为扩展标志时，二地址指令数为最多 二地址指令最多可以有24－1 = 15条
5
五、 （共10分） 判断题 （请在正确的句子前写T，错误的句子前写F）
16条二地址指令 操作码 1000 0000~1000 1111 100条一地址指令 OP A1 A2
OP
A
操作码 110000000000~1100 0110 0011 当操作码的第1位=1时，第2位=1表示一地址指令
4
四． （共20分）某机指令字长16位，每个操作数的地址码长6位， 设操作码长度固定，指令分为零地址、一地址和二地址三 种格式。（ 1）若零地址指令有 M 条，一地址指令有 N条，问二 地址指令最多可能有多少条？（2）若操作码位数可变，则二地 址指令最多允许有多少条？
测验2参考答案 一、（20分）某计算机的指令字长为16位，用指令操作码扩展技 术设计指令系统，要求有零地址指令16条，一地址指令31条，两 地址指令14条及三地址指令15条。每个地址码字段为4位。 解： 要求三地址指令有15条，15<24，基本操作码字段的长度为4位。 指令格式为： 15 12 11 8 7
31条一地址指令的操作码,由111111110000～111111111110和 111111100000～111111101111给出，
留下一个码号111111111111用于把操作码扩展到A3。 16条零地址指令的操作码由 1111111111110000～1111111111111111给出。
ＯＰ A1 A2
指令操作码扩展方法
指令操作码扩展方法指令操作码(Instruction Decoder)是计算机程序中用于解析指令的重要工具,它可以将指令编码为高低电平(或二进制位)并解码为机器码(或CPU指令)。
随着计算机技术的发展,指令操作码的解析方式也在不断变化和创新。
本文将介绍指令操作码的扩展方法,包括扩展指令操作码的意义、扩展指令操作码的方法、扩展指令操作码的应用场景以及扩展指令操作码的实现细节等。
一、扩展指令操作码的意义指令操作码的扩展方法主要用于扩展指令操作码的功能,使其能够解析更多种类的指令。
扩展指令操作码的意义如下:1. 支持更多的指令类型:随着计算机技术的发展,越来越多的指令类型出现,指令操作码的扩展方法可以支持更多的指令类型,从而使得程序更加灵活和多样化。
2. 支持更多的CPU架构:不同的CPU架构有不同的指令格式和指令操作码表示方式,因此指令操作码的扩展方法可以支持更多的CPU架构,从而使得程序更加通用和跨平台。
3. 支持更多的编程语言:不同的编程语言有不同的语法和数据结构,因此指令操作码的扩展方法可以支持更多的编程语言,从而使得程序更加多样化和易于维护。
二、扩展指令操作码的方法指令操作码的扩展方法主要有以下几种:1. 自定义指令操作码:自定义指令操作码是一种常用的指令操作码扩展方法。
自定义指令操作码可以在解析指令时根据指令类型和操作码的含义进行自定义,使得指令操作码更加具体和清晰。
2. 使用扩展指令操作码库:扩展指令操作码库是一种已经定义好的指令操作码集合,包含了各种常见的指令操作码和对应的解析函数。
使用扩展指令操作码库可以方便地支持各种指令类型和CPU架构,并且可以提前定义好各种指令操作码的含义和用法。
3. 使用动态扩展指令操作码:动态扩展指令操作码是一种可以根据程序需要动态扩展指令操作码的方法。
在程序运行时,可以根据程序需要动态地扩展指令操作码,使得指令操作码更加灵活和多样化。
三、扩展指令操作码的应用场景1. 支持更多的指令类型:扩展指令操作码可以支持更多的指令类型,使得程序更加多样化和灵活。
常用操作码
常用命令MOV指令为双操作数指令，两个操作数中不能全为内存操作数执行操作： dst = src1．目的数可以是通用寄存器，存储单元和段寄存器(但不允许用CS段寄存器).2．立即数不能直接送段寄存器3．不允许在两个存储单元直接传送数据4．不允许在两个段寄存器间直接传送信息PUSH入栈指令及POP出栈指令：堆栈操作是以“后进先出”的方式进行数据操作。
PUSH SRC //Word入栈的操作数除不允许用立即数外，可以为通用寄存器，段寄存器(全部)和存储器。
入栈时高位字节先入栈，低位字节后入栈。
POP DST //Word出栈操作数除不允许用立即数和CS段寄存器外，可以为通用寄存器，段寄存器和存储器。
执行POP SS指令后，堆栈区在存储区的位置要改变。
执行POP SP 指令后，栈顶的位置要改变。
XCHG(eXCHanG)交换指令：将两操作数值交换。
XCHG OPR1,OPR2 //Byte/Word执行操作： Tmp=OPR1 OPR1=OPR2 OPR2=Tmp1．必须有一个操作数是在寄存器中2．不能与段寄存器交换数据3．存储器与存储器之间不能交换数据。
XLAT(TRANSLATE)换码指令：把一种代码转换为另一种代码。
XLAT (OPR 可选) //Byte执行操作： AL=(BX+AL)指令执行时只使用预先已存入BX中的表格首地址，执行后，AL中内容则是所要转换的代码。
LEA(Load Effective Address) 有效地址传送寄存器指令LEA REG,SRC //指令把源操作数SRC的有效地址送到指定的寄存器中。
执行操作： REG = EAsrc注： SRC只能是各种寻址方式的存储器操作数，REG只能是16位寄存器MOV BX,OFFSET OPER_ONE 等价于 LEA BX,OPER_ONEMOV SP,[BX] //将BX间接寻址的相继的二个存储单元的内容送入SP中LEA SP,[BX] //将BX的内容作为存储器有效地址送入SP中LDS(Load DS with pointer)指针送寄存器和DS指令LDS REG,SRC //常指定SI寄存器。
计算机组成原理考点总结终结版
内部资料,转载请注明出处,谢谢合作;一、计算机系统概述（一）计算机发展历程了解知识点一：第一台计算机 ENIAC知识点二：冯诺依曼VanNeumann首次提出存储程序的概念,将数据和程序一起放在存储器中,使得编程更加方便;50多年来,虽然对冯诺依曼机进行了很多改革,但结构变化不大,仍然称为冯诺依曼机;知识点三：一般把计算机的发展分为四个阶段：第一代1946-50‘s后期：电子管计算机时代；第二代50‘s中期-60’s后期：晶体管计算机时代；第三代60‘s中期-70’s前期：集成电路计算机时代；第四代70‘s初-：大规模集成电路计算机时代;知识点四：冯·诺依曼计算机的特点冯·诺依曼体系计算机的核心思想是“存储程序”的概念;它的特点如下：1 计算机由运算器、存储器、控制器和输入设备、输出设备五大部件组成；2 指令和数据都用二进制代码表示；3 指令和数据都以同等地位存放于存储器内,并可按地址寻访；4 指令是由操作码和地址码组成,操作码用来表示操作的性质,地址码用来表示操作数所在存储器中的位置；5 指令在存储器内是顺序存放的；6 机器以运算器为核心,输入输出设备与存储器的数据传送通过运算器;（二）计算机系统层次结构了解计算机系统的层次结构,通常可有五个以上的层次,在每一个层次上都能进行程序设计;由下自上可排序为：第一级微程序机器级,微指令由机器直接执行,第二级传统机器级,用微程序解释机器指令,第三级操作系统级,一般用机器语言程序解释作业控制语句,第四级汇编语言机器级,这一级由汇编程序支持和执行,第五级高级语言机器级,采用高级语言,由各种高级语言编译程序支持和执行;还可以有第六级应用语言机器级,采用各种面向问题的应用语言;1.计算机硬件的基本组成图中实线为控制线,虚线为反馈线,双线为数据线;图中各部件的功能是：1 运算器用来完成算术运算和逻辑运算,并将运算的中间结果暂存在运算器内；2 存储器用来存放数据和程序；3 控制器用来控制、指挥程序和数据的输入、运行及处理运算结果；4 输入设备用来将人们熟悉的信息形式转换为机器能识别的信息形式,常见的有键盘、鼠标等；5 输出设备可将机器运算结果转换为人们熟悉的信息形式如打印机输出、显示器输出等;计算机的五大部件在控制器的统一指挥下,有条不紊地自动工作;由于运算器和控制器在逻辑关系和电路结构上联系十分紧密,尤其在大规模集成电路制作工艺出现后,这两大部件往往制作在同一芯片上,因此,通常将他们合起来统称为中央处理器,简称CPU;把输入设备与输出设备简称为I/O 设备;因此,现代计算机可认为由三大部分组成：CPU、I/O设备及主存储器MM;CPU与MM合起来称为主机,I/O设备叫作外设;存储器分为主存储器MM和辅助存储器;主存可直接与CPU交换信息,辅存又叫外存;2.计算机软件的分类计算机的软件通常又分为两大类：系统软件和应用软件;系统软件又称为系统程序,主要用来管理整个计算机系统,监视服务,使系统资源得到合理调度,确保高效运行;它包括：标准程序库、语言处理程序、操作系统、服务性程序、数据库管理系统、网络软件等等;应用软件又称为应用程序,它是用户根据任务所编制的各种程序;3.计算机的工作过程1．运算器运算器包括三个寄存器和一个算逻单元ALU;其中ACC为累加器,MQ为乘商寄存器,X为操作数寄存器;这三个寄存器在完成不同运算时,所存放在操作数类别也各不相同;2．存储器主存储器包括存储体、各种逻辑部件及控制电路等;主存的工作方式就是按存储单元的地址号来实现对存储字各位的存写入、取读出;这种存取方式叫做按地址存取,也即按地址访问存储器简称访存;为了能实现按地址访问的方式,主存中还必须配置两个寄存器MAR和MDR;MAR是存储器地址寄存器,用来存放欲访问的存储单元的地址,其位数对应存储单元的个数;MDR是存储器数据寄存器,用来存放从存储体某单元取出的代码或者准备往某存储单元存入的代码,其位数与存储字长相等;要想完整地完成一个取或存操作;3．控制器控制器是计算机组成的神经中枢,由它指挥全机各部件自动、协调地工作;具体而言,它首先要命令存储器读出一条指令,这叫取指过程;接着对这条指令进行分析,指出该指令要完成什么样的操作,并按寻址特征指明操作数的地址,这叫分析指令过程;最后根据操作数所在的地址,取出操作数并完成某种操作,这叫作执行过程;以上就是通常所说的完成一条指令操作的取指、分析和执行三阶段; 控制器由程序计数器PC,指令寄存器IR以及控制单元CU几部分组成;PC 用来存放当前欲执行指令的地址, 它与主存的MAR之间有一条直接通路,且具有自动加1的功能, 即可自动形成下一条指令的地址;IR用来存放当前的指令, IR 的内容来自主存的MDR;IR中的操作码送到CU,用来分析指令；其地址码作为操作数的地址送至存储器的MAR; CU用来分析当前指令所需完成的操作,并发出各种微操作命令序列,用以控制所有被控对象;4．I/OI/O子系统包括各种外部设备及相应的接口;每一种设备都是由I/O接口与主机联系的,它接受CU发出的各种控制命令完成相应的操作;计算机的解题过程如下：首先把构成程序的有序指令和数据,通过键盘输入到主存单元中,并置PC的初值为0即令程序的首地址为0;启动机器后,计算机便自动按存储器中所存放的指令顺序,有序地逐条完成取指令、分析指令和执行指令,直至执行到程序的最后一条指令为止;（三）计算机性能指标1. 吞吐量、响应时间1 吞吐量：单位时间内的数据输出数量;2 响应时间：从事件开始到事件结束的时间,也称执行时间;2. CPU时钟周期、主频、CPI、CPU执行时间1 CPU时钟周期：机器主频的倒数,Tc2主频：CPU工作主时钟的频率,机器主频Rc3CPI：执行一条指令所需要的平均时钟周期4CPU执行时间：T CPU=In×CPI×T CIn执行程序中指令的总数CPI执行每条指令所需的平均时钟周期数T C时钟周期时间的长度3. MIPS、MFLOPS1MIPS：MIPSMillion Instructions Per SecondMIPS = In/Te×106= In/In×CPI×Tc×106= Rc/CPI×106Te：执行该程序的总时间In：执行该程序的总指令数Rc：时钟周期Tc的到数MIPS只适合评价标量机,不适合评价向量机;标量机执行一条指令,得到一个运行结果;而向量机执行一条指令,可以得到多个运算结果;2 MFLOPS：MFLOPSMillion Floating Point Operations Per SecondMFLOPS=Ifn/Te×106Ifn：程序中浮点数的运算次数MFLOPS测量单位比较适合于衡量向量机的性能;一般而言,同一程序运行在不同的计算机上时往往会执行不同数量的指令数,但所执行的浮点数个数常常是相同的;二、数据的表示和运算（一）数制与编码1.进位计数制及其相互转换2.真值和机器数3.BCD码4.字符与字符串5.校验码（二）定点数的表示和运算1.定点数的表示无符号数的表示；有符号数的表示;2.定点数的运算定点数的位移运算；原码定点数的加/减运算；补码定点数的加/减运算；定点数的乘/除运算；溢出概念和判别方法;（三）浮点数的表示和运算1.浮点数的表示浮点数的表示范围；IEEE754标准2.浮点数的加/减运算（四）算术逻辑单元ALU1.串行加法器和并行加法器2.算术逻辑单元ALU的功能和机构三、存储器层次机构cache-主存-外存的层次结构、cache的三种不同映象方式、主存芯片的子扩展和位扩展方案设计以及续存相关地址转换的内容是重点（一）存储器的分类1．按存储介质分1半导体存储器;存储元件由半导体器件组成的叫半导体存储器;其优点是体积小、功耗低、存取时间短;其缺点是当电源消失时,所存信息也随即丢失,是一种易失性存储器;2磁表面存储器;按载磁体形状的不同,可分为磁盘、磁带和磁鼓;现代计算机已很少采用磁鼓;由于用具有矩形磁滞回线特性的材料作磁表面物质,它们按其剩磁状态的不同而区分“0”或“1”,而且剩磁状态不会轻易丢失,故这类存储器具有非易失性的特点;3 磁芯存储器不用了4光盘存储器;光盘存储器是应用激光在记录介质磁光材料上进行读写的存储器,具有非易失性的特点;光盘记录密度高、耐用性好、可靠性高和可互换性强等; 2．按存取方式分类按存取方式可把存储器分为随机存储器、只读存储器、顺序存储器和直接存取存储器四类;1随机存储器RAMRandom Access Memory;RAM是一种可读写存储器, 其特点是存储器的任何一个存储单元的内容都可以随机存取,而且存取时间与存储单元的物理位置无关;计算机系统中的主存都采用这种随机存储器;由于存储信息原理的不同, RAM又分为静态RAM 以触发器原理寄存信息和动态RAM以电容充放电原理寄存信息;2只读存储器ROMRead only Memory;只读存储器是能对其存储的内容读出,而不能对其重新写入的存储器;这种存储器一旦存入了原始信息后,在程序执行过程中,只能将内部信息读出,而不能随意重新写入新的信息去改变原始信息;因此,通常用它存放固定不变的程序、常数以及汉字字库,甚至用于操作系统的固化;它与随机存储器可共同作为主存的一部分,统一构成主存的地址域;只读存储器分为掩膜型只读存储器MROMMasked ROM、可编程只读存储器PROMProgrammable ROM、可擦除可编程只读存储器EPROMErasable Programmable ROM、用电可擦除可编程的只读存储器EEPROMElectrically Erasable Programmable ROM;以及近年来出现了的快擦型存储器Flash Memory,它具有EEPROM的特点,而速度比EEPROM快得多;3串行访问存储器;如果对存储单元进行读写操作时,需按其物理位置的先后顺序寻找地址,则这种存储器叫做串行访问存储器;显然这种存储器由于信息所在位置不同,使得读写时间均不相同;如磁带存储器,不论信息处在哪个位置,读写时必须从其介质的始端开始按顺序寻找,故这类串行访问的存储器又叫顺序存取存储器;还有一种属于部分串行访问的存储器,如磁盘;在对磁盘读写时,首先直接指出该存储器中的某个小区域磁道,然后再顺序寻访,直至找到位置;故其前段是直接访问,后段是串行访问,叫直接存取存储器;3．按在计算机中的作用分类按在计算机系统中的作用不同,存储器又可分为主存储器、辅助存储器、缓冲存储器;（二）存储器的层次化结构主要是为了解决速度匹配问题存储器有3个重要的指标：速度、容量和每位价格,一般来说,速度越快,位价越高；容量越大,位价越低,容量大,速度就越低;上述三者的关系用下图表示：寄存器缓存主存磁盘磁带存储系统层次结构主要体现在缓存-主存-辅存这两个存储层次上,如下图所示：（三）半导体随机存取存储器1.SRAM存储器的工作原理静态RAM由于静态RAM是触发器存储信息,因此即使信息读出后,它仍保持其原状态,不需要再生;但电源掉电时,原存信息丢失,故它属易失性半导体存储器2.DRAM存储器的工作原理（四）只读存储器（五）主存储器与CPU的连接（六）双口RAM和多模块存储器（七）高速缓冲存储器Cache1.程序访问的局部2.Cache的基本工作原理3.Cache和主存之间的映射方式4.Cache中主存块的替换算法5.Cache写策略（八）虚拟存储器1.虚拟存储器的基本概念2.页式虚拟存储器3.段式虚拟存储器4.段页式虚拟存储器5.TLB快表四、指令系统（一）指令格式1.指令的基本格式2.定长操作码指令格式3.扩展操作码指令格式（二）指令的寻址方式1.有效地址的概念2.数据寻址和指令寻址3.常见寻址方式（三）CISC和RISC的基本概念五、中央处理器CPU（一）CPU的功能和基本结构（二）指令执行过程（三）数据通路的功能和基本结构（四）控制器的功能和工作原理1.硬布线控制器2.微程序控制器微程序、微指令和微命令；微指令的编码方式；微地址的形式方式; （五）指令流水线1.指令流水线的基本概念2.超标量和动态流水线的基本概念（一）总线（二）总线概述（三）总线的基本概念总线是连接计算机内部多个部件之间的信息传输线,是各部件共享的传输介质;多个部件和总线相连,在某一时刻,只允许有一个部件向总线发送信号,而多个部件可以同时从总线上接收相同的信息;总线是由许多传输线或通路组成,每条线可传输一位二进制代码,如16条传输线组成的总线,可同时传输16位二进制代码;（四）总线的分类按数据传送方式：并行传输总线和串行传输总线按总线的适用范围：计算机总线,测控总线,网络通信总线按连接部件不同：重点片内总线：片内总线是指芯片内部的总线,如在CPU芯片内部, 寄存器与寄存器之间、寄存器与算术逻辑单元之间都有总线连接;系统总线：系统总线是指CPU、主存、I/O各大部件之间的信息传输线;按传输信息的不同,可分为三类：数据总线、地址总线和控制总线;数据总线用来传输各功能部件之间的数据信息,它是双向传输总线,其位数与机器字长、存储字长有关;数据总线的条数称为数据总线宽度,它是衡量系统性能的一个重要参数;例子：总线宽8位,指令字长16位,CPU需要两次访主存地址总线主要用来指出数据总线上的源数据或目的数据在主存单元的地址或在I/O设备上的地址;它是单向传输的;地址线的位数与存储单元的个数有关,如地址线为20根,则对应的存储单元个数为220;控制总线是用来发出各种控制信号的传输线;对单一控制线来说,传输单向；对控制总线,是双向的;对CPU而言,控制信号既有输入又有输出;通信总线：这类总线用于计算机系统之间或计算机系统与其他系统如控制仪表、移动通讯等之间的通信;（五）总线的组成及性能指标总线的组成：总线组成包括信号线、总线控制器、附属电路;信号线包括数据线、地址线和控制线总线性能指标：1总线宽度：它是指数据总线的根数, 用bit位表示,如8位、16位、32位、64位;2总线带宽：总线的数据传输速率即单位时间内总线上传输数据的位数,通常用每秒传输信息的字节数来衡量,单位为MBps兆每秒;例如,总线频率33MHZ,总线宽度32位4B,则总线带宽334=132MBps;3时钟同步/异步：总线上的数据与时钟同步工作的总线称同步总线,与时钟不同步工作的总线称为异步总线;4总线复用：通常地址总线与数据总线在物理上是分开的两种总线;地址总线传输地址码,数据总线传输数据信息;为了提高总线的利用率,优化设计,特将地址总线和数据总线共用一条物理线路,只是某一时刻该总线传输地址信号,另一时刻传输数据信号或命令信号;这叫总线的多路复用;5信号线数：即地址总线、数据总线和控制总线三种总线数的总和;6总线控制方式：包括并发工作、自动配置、仲裁方式、逻辑方式、计数方式等;7 其他指标：如负载能力问题等;总线结构的三种形式：以CPU为中心的双总线结构：这种结构在I/O设备与主存交换信息时仍然要占用CPU,因此会影响CPU的工作效率;单总线结构：它是将CPU、主存、I/O设备都挂在一组总线上,允许I/O之间、I/O与主存之间直接交换信息;因为只有一组总线,当某一时刻各部件都要占用时,就会出现争夺现象;双总线结构的特点是将速度较低的I/O设备从单总线上分离出来,形成主存总线与I/O总线分开的结构;三总线结构中, 主存总线用于CPU与主存之间的传输；I/O总线供CPU与各类I/O之间传递信息；DMA总线用于高速外设磁盘、磁带等与主存之间直接交换信息;在三总线结构中,任一时刻只能使用一种总线;（六）总线仲裁总线控制总线控制主要包括判优控制和通信控制;总线判优控制可分集中式和分布式两种,前者将控制逻辑集中在一处如在CPU中,后者将控制逻辑分散在与总线连接的各个部件或设备上;集中仲裁方式常见的集中控制有三种优先权仲裁方式：1．链式查询菊花链图中控制总线中有三根线用于总线控制BS总线忙；BR总线请求、BG总线同意,其中总线同意信号BG是串行地从一个I/O接口送到下一个I/O接口;如果BG到达的接口有总线请求,BG信号就不再往下传;意味着该接口获得了总线使用权,并建立总线忙BS信号,表示它占用了总线;这种方式的特点是：只需很少几根线就能按一定优先次序实现总线控制,并且很容易扩充设备,但对电路故障很敏感;2．计数器定时查询计数器定时查询方式如下图所示;它与链式查询方式相比,多了一组设备地址线,少了一根总线同意线BG;总线控制部件接到由BR 送来的总线请求信号后,在总线未被使用BS＝0的情况下,由计数器开始计数,向各设备发出一组地址信号;当某个有总线请求的设备地址与计数值一致时,便获得总线使用权,此时终止计数查询;这种方式的特点是：计数可以从“0”开始,此时设备的优先次序是固定的；计数也可以从终止点开始,即是一种循环方法,此外,对电路故障不如链式查询方式敏感,但增加了主控制线设备地址数,控制也较复杂;3．独立请求方式独立请求方式如下图所示;由图可见,每一设备均有一对总线请求线BRi和总线同意线BGi;当设备要求使用总线时,便发出该设备的请求信号;总线控制部件中有一排队电路,可根据优先次序确定响应哪一设备的请求;这种方式的特点是：响应速度快,优先次序控制灵活通过程序改变,但控制线数量多,总线控制更复杂;总线通信控制没要求分布仲裁方式同集中式仲裁相比,分布式仲裁不需要中央仲裁器,而是让各个主设备功能模块都有自己的仲裁号和仲裁电路;需要使用总线时,各个设备的功能模块将自己唯一的仲裁号发送到共享的总线上,各自的仲裁电路再将从仲裁总线上获得的仲裁号和自己的仲裁号相对比,获胜的仲裁号将保留在仲裁总线上,相应设备的总线请求获得响应;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号和仲裁器;当它们有总线请求时,把它们唯一的仲裁号发送到共享的仲裁总线上,每个仲裁器将仲裁总线上得到的号与自己的号进行比较;如果仲裁总线上的号大,则它的总线请求不予响应,并撤消它的仲裁号;最后,获胜者的仲裁号保留在仲裁总线上;显然,分布式仲裁是以优先级仲裁策略为基础（七）总线操作和定时总线操作目前在总线上的操作主要有以下几种：1读和写读是将从设备如存储器中的数据读出并经总线传输到主设备如CPU；写是主设备到从设备的数据传输过程;2块传送主设备给出要传输的数据块的起始地址后,就可以利用总线对固定长度的数据一个接一个的读出或写入;3写后读或读后写主设备给出地址一次,就可以进行先写后读或者先读后写操作,先读后写往往用于校验数据的正确性,先写后读往往用于多道程序的对共享存储资源的保护;4广播和广集主设备同时向多个从设备传输数据的操作模式称为广播;广集操作和广播操作正好相反,它将从多个从设备的数据在总线上完成AND或OR操作,常用于检测多个中断源;定时：事件出现在总线上的时序关系;1、同步定时在同步定时协议中,事件出现在总线上的时刻由总线时钟信号来确定;所以包含始终信号线由于采用了公共时钟,每个功能模块什么时候发送或接收信息都由统一时钟规定,因此,同步定时具有较高的传输频率;同步定时适用于总线长度较短、各功能模块存取时间比较接近的情况;2．异步定时在异步定时协议中,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;在这种系统中,不需要统一的共公时钟信号;总线周期的长度是可变的;（八）总线标准六、输入输出I/O系统（一）I/O系统基本概念（二）外部设备1.输入设备：键盘、鼠标2.输出设备：显示器、打印机3.外存储器：硬盘存储器、磁盘阵列、光盘存储器（三）I/O接口I/O控制器1.I/O接口的功能和基本结构2.I/O端口及其编址（四）I/O方式1.程序查询方式2.程序中断方式中断的基本概念；中断响应过程；中断处理过程；多重中断和中断屏蔽的概念;3.DMA方式DMA控制器的组成；DMA传送过程;4.通道方式七、计算机系统概述（四）计算机发展历程（五）计算机系统层次结构4.计算机硬件的基本组成5.计算机软件的分类6.计算机的工作过程（六）计算机性能指标吞吐量、响应时间；CPU时钟周期、主频、CPI、CPU执行时间；MIPS、MFLOPS;八、数据的表示和运算（五）数制与编码6.进位计数制及其相互转换7.真值和机器数8.BCD码9.字符与字符串10.校验码（六）定点数的表示和运算3.定点数的表示无符号数的表示；有符号数的表示;4.定点数的运算定点数的位移运算；原码定点数的加/减运算；补码定点数的加/减运算；定点数的乘/除运算；溢出概念和判别方法;（七）浮点数的表示和运算3.浮点数的表示浮点数的表示范围；IEEE754标准4.浮点数的加/减运算（八）算术逻辑单元ALU3.串行加法器和并行加法器4.算术逻辑单元ALU的功能和机构九、存储器层次机构（九）存储器的分类（十）存储器的层次化结构（十一）半导体随机存取存储器3.SRAM存储器的工作原理4.DRAM存储器的工作原理（十二）只读存储器（十三）主存储器与CPU的连接（十四）双口RAM和多模块存储器（十五）高速缓冲存储器Cache6.程序访问的局部7.Cache的基本工作原理8.Cache和主存之间的映射方式9.Cache中主存块的替换算法10.Cache写策略（十六）虚拟存储器6.虚拟存储器的基本概念7.页式虚拟存储器8.段式虚拟存储器9.段页式虚拟存储器10.TLB快表十、指令系统（四）指令格式4.指令的基本格式5.定长操作码指令格式6.扩展操作码指令格式（五）指令的寻址方式4.有效地址的概念5.数据寻址和指令寻址6.常见寻址方式（六）CISC和RISC的基本概念十一、中央处理器CPU（六）CPU的功能和基本结构（七）指令执行过程（八）数据通路的功能和基本结构（九）控制器的功能和工作原理3.硬布线控制器4.微程序控制器微程序、微指令和微命令；微指令的编码方式；微地址的形式方式;（十）指令流水线3.指令流水线的基本概念4.超标量和动态流水线的基本概念十二、总线（九）总线概述1.总线的基本概念2.总线的分类3.总线的组成及性能指标（十）总线仲裁1.集中仲裁方式2.分布仲裁方式（十一）总线操作和定时1.同步定时方式。
计算机组成习题5,6,8,9章答案
0002H：000AH0007H：000AH
0003H：0002H0008H：0002H
0004H：0007H0009H：0003H
0005H：0004H000AH：0009H
0006H：0005H000BH：0008H
指令为双字长指令，格式如下：
操作码，寻址方式码，寄存器号(16位)
10．什么是中断嵌套？它解决了什么问题？如何才能实现中断嵌套？
略
11．中断源可以分为哪几类？各自有何特点？
略
12．有哪几种中断优先级排队方法？比较它们的优缺点。
略
13．解释下列名词：
（1）中断向量（2）中断隐指令（3）DMA（4）通道
（5）多重中断（6）单重中断（7）中断类型号（8）菊花链电路
略
14．假设有4个中断源A、B、C、D，硬件排队后，中断优先级从高到低依次为A→B→C→D。现在需要将4个中断源得到CPU响应的次序更改为C→A→D→B，写出各个中断源的中断服务程序中应该设置的中断屏蔽字。
答：EBH, 0AH.
6．13某机器内共有16个32位的通用寄存器，设计一种有60种操作，8种寻址方式的指令系统。假设指令字长等于机器字长，机器字长为32位，请回答：
(1)若主存可直接寻址或间接寻址，采用“寄存器－存储器”型指令，能寻址最大存储空间是多少？画出指令格式并说明各字段的含意。
(2)若采用通用寄存器作基址寄存器，则“寄存器－存储器”型指令的指令格式是怎样? 能寻址最大存储空间是多少？
答：B
6．10某机16位字长指令格式如下：
OP
M
D
其中：D是形式地址，采用补码表示（包括一位符号位）；
M是寻址方式
M=0立即寻址；
利用哈夫曼概念的扩展操作码
利用哈夫曼概念的扩展操作码1. 引言在计算机科学领域，利用哈夫曼概念的扩展操作码是一项极具价值和深度的主题。
通过对此概念的全面评估和深入探讨，我们将能够更好地理解其原理、应用和影响。
本文将从简入深，以确保您对这一主题有全面、深刻的理解。
2. 哈夫曼编码的基本原理哈夫曼编码是一种可变长度编码方法，根据符号出现的频率来分配对应的编码。
这种编码方式能够有效地减少数据传输时的大小，从而提高传输效率。
在哈夫曼编码中，出现频率高的符号被分配较短的编码，而出现频率低的符号被分配较长的编码，以实现数据的高效压缩和传输。
3. 扩展操作码的概念扩展操作码是指在计算机指令系统中，为了扩展指令的功能和灵活性而引入的一种新的操作码。
通过扩展操作码，计算机能够支持更多的指令和功能，从而提升其处理能力和适用范围。
利用哈夫曼概念的扩展操作码则是在这一基础上，通过哈夫曼编码技术来进一步提高指令系统的效率和性能。
4. 利用哈夫曼概念的扩展操作码的实际应用利用哈夫曼概念的扩展操作码在实际应用中具有广泛的应用前景。
通过将哈夫曼编码技术应用于扩展操作码中，可以实现对指令系统的高效压缩和传输，提升计算机的执行效率和性能。
这对于大型计算机系统和嵌入式系统来说都具有重要意义，能够为其提供更高的运行速度和更强的适应能力。
5. 个人观点和理解在我看来，利用哈夫曼概念的扩展操作码是一项非常有前景和潜力的技术。
通过结合哈夫曼编码的高效压缩和传输特性，将其应用于扩展操作码中，不仅可以提高计算机系统的性能，还可以为其带来更大的功能和灵活性。
这对于推动计算机科学领域的发展具有重要的意义，也将为未来的技术创新带来更多可能性。
6. 总结通过本文的全面评估和深入探讨，我们对利用哈夫曼概念的扩展操作码有了更全面、深刻的理解。
从哈夫曼编码的基本原理到扩展操作码的实际应用，再到个人观点和理解，我们全面而深入地探讨了这一主题。
我相信，通过对这一主题的深度认识，我们能够在计算机科学领域取得更多的成就。
计算机组成原理——指令系统5
15条二地址指令
12 位操作码
1111 1111 0000 1111 1111 0001 1111 1111 1110 … …
16 位操作码
1111 1111 1111 0000 1111 1111 1111 0001 1111 1111 1111 1111 … … …
…
… …
15条一地址指令
16条零地址指令
RISC
RISC——精简指令系统计算机 RISC的优点 RISC通过简化指令功能使计算机结构更为合理从而提高计算速度 RISC将原CISC中复杂指令用子程序代替 I增多，CPI大大减少 P减少
其中：I为目标程序的指令数、CPI每条指令平均周期数
故：指令执行时间P=I*CPI*T
RISC的特点 (1)优先选取使用频率高以及很有用但不复杂的指令。 (2)指令长度固定，指令格式、寻址方式种类少。 (3)除取数/存数指令外，其余指令操作都在寄存器之间。 (4)CPU中通用寄存器数量多。 (5)大部分指令在一个或小于一个机器周期内完成。 (6)以硬布线控制逻辑为主，不用或少用微码控制。 (7)一般用高级语言编程，重视编译优化工作。
• 指令执行阶段不访存 • A 的位数限制了立即数的范围
2. 直接寻址
EA = A 有效地址由形式地址直接给出
寻址特征
主存
LDA
A
A 操作数 ACC
• 执行阶段访问一次存储器
• A 的位数决定了该指令操作数的寻址范围
• 操作数的地址不易修改（必须修改A）
3. 隐含寻址
操作数地址隐含在操作码中
寻址特征
(1) 四地址
8
6
6
6
6
OP A1 A2 A3 A4
指令系统
12、偏移寻址通过将某个寄存器内容与一个形式地址相 加而生成有效地址。下列寻址方式中，不属于偏移寻 址方式的是（ ）（间接寻址；基址寻址；相对寻址； 变址寻址） 13、（ ）方式便于数组的处理。(间接寻址；变址寻址； 相对寻址；基址寻址) 14、（ ）方式对实现程序浮动提供了支持。（变址寻 址；相对寻址；间接寻址；寄存器间接寻址） 15、设指令中的地址码为A，变址寄存器为X，基址寄存 器为B，则间接变址寻址方式的操作数有效地址为（ ） 间址变址寻址方式的操作数有效地址为（ ）
知识点
1、指令格式 （1）指令的基本格式 （2）定长操作码指令格式 （3）扩展操作码指令格式 2、指令的寻址方式 （1）有效地址的概念 （2）数据寻址和指令寻址 （3）常见寻址方式 3、CISC和RISC的基本概念
疑点难点解惑（一）
1、指令长度 2、双操作数运算类指令的执行 3、地址个数对程序长度的影响 4、不同地址数指令的进一步分析 5、非规整性编码——扩展操作码法 6、地址码位数与主存容量和最小寻址单位的关系 7、指令寻址与数据寻址 8、常见数据寻址方式分析 9、各种数据寻址方式的速度比较 10、变址寻址和基址寻址的区别 11、相对寻址中的位移量 12、存储器堆栈的操作
19、假设某条指令的一个操作数采用一次间接寻址方式，
指令中给出的形式地址为1200H,地址为1200H的内存 单元中的内容为12FCH，地址为12FCH的内存单元的 内容为38B8H，而38B8H单元的内容为88F9H,则该操 作数的有效地址为（ ）;若为两次间接寻址方式时， 该操作数的的有效地址是（ ） 20、关于变址寻址方式 21、某机器有一个标志寄存器，其中有进位/借位标志CF， 零标志ZF，符号标志SF和溢出标志OF，条件转移指令 bgt(无符号整数比较，大于时转移)的转移条件是（） 22、2010年考题
北理工计算机组成原理-总复习
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主存容量的扩展 字扩展，位扩展，同时扩展
存储芯片的地址分配和片选
主存储器和CPU的连接 硬连接，软连接
01
03
02
04
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1
边界对齐的数据存放方法 双字地址的最末三个二进制位必须为000，单字地址的最末两位必须为00，半字地址的最末一位必须为0。它能够保证无论访问双字、单字、半字或字节，都在一个存取周期内完成，尽管存储器资源仍然有浪费，但是浪费比从存储字开始存放方法要少得多。
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考前复习重点章节为： 第2、3、4、5、6、9章 非重点章节为： 第1、7、8章
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考试题型： 1.填空题（每空1分）15% 2.选择填空题（单选，每题1分）15% 3.判断题（每题1分）10% 4.计算题 5.分析题 6.设计题 7.问答题 10%
1
2
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磁表面存储原理 记录介质，磁头
数字磁记录方式 常用的磁记录方式
第8章
磁表面存储器的技术指标 记录密度，存储容量，平均存取时间，数据传送率
1
2
3
4
5
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硬盘的信息分布 磁盘地址
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常用的磁记录方式的写电流波形。 硬盘的信息分布：圆柱面（磁道）、盘面、扇区。
2
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存储字64位（8个字节）
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半导体随机存储器（RAM） 静态RAM（SRAM），其存储电路以双稳态触发器为基础。 动态RAM（DRAM），其存储电路以栅极电容为基础。
计算机组成原理第3章-计算机指令和控制器-指令部分刘
A2 A2
A2
9
A3 A3
A3
15条二地址指令
3.1.2 指令的格式
3、扩展操作码技术—— 以指令字长16位为例
OP
A1
A2
A3
12位操作码
1111 1111
：
1111
1111 1111
1111
0000
A3
0001
A3
15条一地址指令
1110
A3
16位操作码 1111
1111
1111
1111
17
3.1.2 指令的格式
3、指令字长度（P119） 指令字长=操作码的位数+(操作数地址个数)*(操作数地 址码位数) 单字长指令——指令字长度等于机器字长度的指令 半字长指令、双字长指令、三/四字长指令、可变字长 等
4、简单指令系统的具体指令格式 ① pentium机指令 ② 嵌入式系统ARM机指令 ③ 模型指令（P121例1、例2）
已被淘汰
400
788
35
基址/变址寻址
指定一个寄存器R,其存放基址/变址,R被称为基址/变址 寄存器。
EA=（R）
MOV AX, [SI]
SI,DI 都称为变址寄存器
Mov AX，[BX]
BX是基址寄存器 内存
OP X
R
300 400
R 300
400
788
36
相对寻址
相对寻址是基址寻址的一 种变通，由程序计数器 PC提供基准地址，即
存储器地址名称：物理地址←→逻辑地址 物理地址——内存中实际地址 逻辑地址——在指令中表现形式 逻辑地址＝段地址：偏移地址(8086CPU)
有效地址 EA＝(R)+A
计算机硬件基础名词解释
硬件基础名词解释流水线技术:将功能部件分离、执行时间重叠的一种技术，它可以在增加尽可能少的硬件设备情况下有效地提高CPU性能。
超流水线技术:把流水段进一步细分，使各段的功能部件在每个时钟周期内被使用多次，这样，在一个时钟周期内多条指令流入流水线，即在一个基本时钟周期内分时发射多条指令。
超标量:超标量处理器是指在处理器中安排多个指令执行部件，多条指令可以被同时启动和独立执行。
多核技术:在一个处理器封装中包含多个处理器核心。
超长指令字: VLIW中编译器经过优化策略，将多条能并行执行的指令合并成一条具有多个操作码的超长指令。
微程序：完成指定任务的微指令序列称为微程序。
微程序存储器：存放计算机指令系统所对应的所有微程序的一个专门存储器。
通道程序：通道控制器和I/O处理器可以独立地执行一系列的I/O操作，I/O操作序列被称为I/O通道程序。
指令系统：一台计算机能执行的机器指令全体称为该机的指令系统。
堆栈：堆栈是一种按特定顺序访问的存储区；其特点是后进先出(LIFO)或先进后出(FILO)。
输入输出系统：通常把I/O设备及其接口线路、控制部件、通道或I/O处理器以及I/O软件统称为输入输出系统。
接口：接口是CPU与“外部世界”的连接电路，负责“中转”各种信息。
中断：由于内部/外部事件或由程序的预先安排引起CPU暂停现行程序，转而处理随机到来的事件，待处理完后再回到被暂停的程序继续执行，这个过程就是中断。
中断系统：是计算机实现中断功能的软、硬件的总称。
中断向量：把中断服务程序的首址PC和初始PSW称为中断向量。
数据通路：数据在功能部件之间传送的路径称为数据通路。
寻址方式：指定当前指令的操作数地址以及下条指令地址的方法称为寻址方式。
有效地址：数据实际存在的存储器地址。
波特率：单位时间内传送的二进制数据的位数，以位/秒（b/s）表示，也称为数据位率。
它是衡量串行通信速率的重要指标。
指令助记符：为了便于书写和阅读程序，每条指令通常用3个或4个英文缩写字母来表示。
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题一某计算机指令字长为16位，指令有双操作数、单操作数和无操作数3种格式，每个操作数字段均用6位二进制表示，该指令系统共有m条（m<16）双操作数指令，并存在无操作数指令。
若采用扩展操作码技术，那么最多还可设计出（）条单操作数指令。
A．2^6 B．(2^4-m)*(2^6)-1
C．(2^4-m)*2^6 D．(2^4-m)*(2^6-1)
答案选B
分析：
对于双操作数指令而言，两个长度为6位的操作数共占了12位，剩余的4位用作操作码，所以可以设计出2的四次方个双操作数指令。
系统中已经设计出了m条双操作数指令，那么剩余的2^4-m条可以用于设计单操作数的操作码。
对于单操作数指令而言，它的操作码长度为16-6=10位。
题目中要求使用扩展操作码技术，所以单操作数指令在原来的双操作数指令的4位操作码上可以扩展10-4=6位，所以最多可以设计出(2^4-m)*(2^6)-1条单操作数的指令。
减去1的原因是“存在无操作数指令”，所以至少留下一个用来扩展无操作数指令。
题二指令字长为16位，采用扩展操作码技术，形成15条三地址指令、12条二地址指令、31条一地址指令和16条零地址指令。
三地址:(15条)
0000 **** **** ****
... ... ... ...
1110 **** **** ****
二地址:(12条)
1111 0000 **** ****
... ... ... ...
1111 1011 **** ****
一地址:(31条)
1111 1100 0000 ****
... ... ... ...
1111 1101 1110 ****
零地址:(16条)
1111 1101 1111 0000
... ... ... ...
1111 1101 1111 1111
若某机要求：三地址指令4条，单地址指令255条，零地址指令16条。
设指令字长为12位．每个
地址码长为3位。
问能否以扩展操作码为其编码?如果其中单地址指令为254条呢?说明其理由。
答：①不能用扩展码为其编码。
∵指令字长12位，每个地址码占3位；
∴三地址指令最多是2^(12-3-3-3)=8条，现三地址指令需4条,
∴可有4条编码作为扩展码，
∴单地址指令最多为4×2^3×2^3=2^8=256条，
现要求单地址指令255条，∴可有一条编码作扩展码
∴零地址指令最多为1×2^3＝8条
不满足题目要求
∴不可能以扩展码为其编码。
某计算机指令长度为32位，有3种指令:双操作数指令、单操作数指令、无操作数指令。
今采用扩展操作码的方式来设计指令，假设操作数地址为12位，己知有双操作数指令K条，单操作数指令L条，问无操作数指令有多少条?
答案：
解：对于双操作数指令，操作码长度为(32－12×2)＝8位；
对于单操作数指令，操作码长度为(32－12)＝20位，可扩展位为20－8=12位；
对于无操作数指令，操作码长度为32位，可扩展位为32－20=12位。
由于双操作数指令有K条，而双操作数最多有28条，所以留有(28－K)个编码用于扩展到单操作数指令；
单操作数指令有L条，而单操作数指令最多有(28－K)×212条，所以留有[(28－K)×212－L]个编码用于扩展到无操作数指令；
根据以上分析：无操作数指令条数＝[(28－K)×212－L] ×212。