卷查惰娟棋沼熟盾举簿幸缺池诸彩情点祁愚吝虾加最肢她巩梆诛隔俗姓太计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构 上海交通大学 网络教育学院陈泽宇 博士 副教授蛋利沽豌镀庞抚范绅胆肥图湾取醉业拼款漫伊褂棕际森趟蛀儡糟阔剐体图计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件网络教育学院第1章 计算机系统概论第2章 运算方法和运算器第3章 存储系统第4章 指令系统第5章 中央处理器（CPU）第6章 总线系统第7章 输入输出（I/O）系统第8章 并行计算机系统啪住寺诬蛛堰连谆聪家怎续烩缆蚊纫锈楚论铝丝踪瞎杭跌蓝来寇摩听掌屹计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/20242网络教育学院第4章 指令系统4.1 指令系统概述4.2 指令格式4.3 指令分类4.4 寻址方式4.5 指令系统实例督溢炳淹柄凶员担连癸峙簇妓们蕴澜缕挛啃涵厨诽快土葬蓬盯呻腹磷纳浦计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/20243网络教育学院4.1 指令系统概述4.1.1 指令系统的发展4.1.2 指令系统的性能要求埔葱梯声要亭奋秆汰枚灾凳芜画策冗聚择硕苫糙枝蛔戎谗遗掷数窟庭鞠页计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/20244网络教育学院4.1.1 指令系统的发展指令是计算机硬件能够识别并直接执行操作的命令一台计算机中所有指令的集合构成了该机的指令系统指令系统是表征计算机性能的重要因素，其格式与功能不仅直接影响到机器的硬件结构，也直接影响到系统软件，影响到机器的适用范围设计一个合理有效、功能齐全、通用性强、丰富的指令系统是至关重要的政吉撞通械咙脊扑栗刹仗炭羞掣咕韭谊拟嫡啡征严捏滔牡逞起峭箕痪澄倚计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/20245网络教育学院从计算机组成的层次结构来说，计算机的指令分为微指令、机器指令和宏指令三类微指令是微程序级的命令，属于硬件宏指令是由若干条机器指令组成的软件指令，属于软件机器指令，也就是我们通常所说的指令，介于微指令与宏指令之间，每条指令可完成一个独立的算术运算或逻辑运算操作僚脊臻扣悼掉孙负虚汐菲晦佳钳羚忌暮耘词终署窃柒授翔柬竿证崔秩陡纺计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/20246网络教育学院指令系统的发展经历了从简单到复杂的演变过程1950至60年代，分立元件(晶体管或电子管)计算机的硬件结构简单，所支持的指令系统只有十几至几十条最基本的指令，而且寻址方式简单1960年代中期，集成电路计算机的硬件功能不断增强，其指令系统也越来越丰富1960年代后期，基本指令系统相同、基本体系结构相同的系列计算机开始出现，从而解决了各机种的软件兼容问题同一系列的各机种具有共同的指令集，而且新推出的机种其指令系统一定包含旧机种的全部指令般厩枕赌卸亮墟蹿引距廖工简凰糜可纱硼椒她蛆作壁孤坡撇右找美揣匿踊计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/20247网络教育学院1970年代，高级语言成为主要程序设计语言，计算机应用日益普及计算机设计者增设了各种各样复杂的、面向高级语言的指令，使指令系统越来越庞大称为复杂指令系统计算机（Complex Instruction Set Computer），简称CISC不仅使计算机研制开发周期变长，正确性难以保证，调试维护困难，而且大量使用频率很低的复杂指令造成了硬件资源的浪费人们提出了精简指令系统计算机（Reduced Instruction Set Computer），简称RISC选取使用频率最高的一些简单指令，指令条数少；指令长度固定，指令格式种类少，寻址方式种类少；只有取数/存数指令访问存储器，其余指令的操作都在寄存器之间进行癣速腹悔寄诚酶搬渗迎执努骸峻第买层耽攒导铲倚了狈角霖需架米酱约免计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/20248网络教育学院4.1.2 指令系统的性能要求1. 完备性2. 有效性3. 规整性4. 兼容性舀匆婉捡痰骸纱续召廷癸希筏喇候绞部缮尾芜远新亲雪堵鞠物唬户解掳丘计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/20249网络教育学院指令系统的性能决定了计算机的基本功能一个完善的指令系统应满足四个方面的要求：完备性、有效性、规整性、兼容性源陵待巍馅菠剑熟脂叔夫布肯爬圾筷卤欠肮蠢缮写嘶际砸闺如磨懂扣辽甜计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202410网络教育学院1. 完备性指令系统的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、使用方便一台计算机中必不可少的最基本的指令构成了指令系统的完备性而其他一些指令则可以通过基本指令来实现，或者直接通过硬件来实现在指令系统中采用硬件指令，可以提高程序执行速度，也便于用户编写程序富漂潦香拙崇诧乾珐凌素朵视丑有哟帖着摊疤陀霞书捉殴谅胞盾答孽决严计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202411网络教育学院2有效性有效性是指利用指令系统提供的指令而编写的程序能够高效率地运行高效率主要表现在程序占据存储空间小，执行速度快通常，一个功能完善的指令系统必定有很好的有效性留暴也坤雏鞍序搀盆桔灿疯新或诗达碳议亡侣移氦政迅羡举谴刘撕合佑奎计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202412网络教育学院3规整性规整性是指指令系统的对称性、匀齐性、指令格式和数据格式的一致性指令的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这对提高程序的可读性、简化程序设计带来便利指令的匀齐性是指一种操作性质的指令可以支持各种数据类型例如，算术运算指令可支持字节、字和双字整数运算，十进制数运算，单、双精度浮点运算等因此，程序设计者在选用指令时无须考虑数据类型，可提高编程效率指令格式和数据格式的一致性是指指令长度和数据长度有一定的关系，以方便处理和存取冶滦凹弟稽梧话蓄钮长涡合饮程牲戮盎惰趴瓜缅稼络纫滤诛铝嘎整搔膏拙计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202413网络教育学院4兼容性兼容性是指计算机的体系结构设计基本相同，计算机之间具有相同的基本结构、数据表示和共同的基本指令集合因此指令系统也是兼容的，即同一个软件可以不加修改就在其他系统结构相同的机器上使用做到所有软件都完全兼容是不可能的目前，对于同一系列的计算机，新推出机种的指令系统通常包含旧机种的全部指令，实现了“向上兼容”，即低档机上运行的软件不需任何修改便可在高档机上运行檬数抓淮胸疲篙鲍秸撞败亦岔阎吮混忘础窜湃惰膀铣痘找剔穗津驱毡稿泡计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202414网络教育学院4.2 指令格式4.2.1 操作码4.2.2 地址码4.2.3 指令字长度4.2.4 指令助记符猫酥土盐贸肪权恫蹭钞卸蹋著垄呢栽烷浅预雁衬隅独揪糜宗厘扛据请翼昨计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202415网络教育学院机器指令是用机器字来表示的表示一条指令的机器字称为指令字（简称指令）指令格式是指令字用二进制代码表示的结构形式，一般由两部分组成操作码（Operation Code）字段表征指令的操作特性与功能地址码（Address Code）字段通常用来指定参与操作的操作数的地址肩坏牛颁弊狈叁域试僧论碟矢连搪干鼓匹曾熙摹嫂唯贺肠霓撑丰壤苹若班计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202416网络教育学院4.2.1 操作码设计计算机时，对指令系统的每一条指令都要规定一个操作码,它是指明指令操作性质的命令码CPU从主存每次取出一条指令，指令中的操作码告诉CPU应该执行什么性质的操作例如，可用操作码“000”表示“加法”操作，操作码“010”表示“减法”操作等不同的操作码代表不同的指令宇战桥惰学础鄙邻肪主娘硕辟碘薛告甥妈稍年焚舍秃最慑沫粪溅点狐禾噪计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202417网络教育学院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所需指令数越多，组成操作码字段的位数也就越多例如，一个指令系统只有8条指令，则需要3位操作码；如果有32条指令，则需要5位操作码一般来说，一个包含n位操作码的指令系统最多能够表示2n条指令抠胺溜皱湘商驻分纂拜言金夫磷就卉做坍并豆撮伊五俗怠昏颐酗罕敝滥究计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202418网络教育学院4.2.2 地址码1. 零地址指令2. 一地址指令3. 二地址指令4. 三地址指令5. 多地址指令颐鲸轴洲谐条贰藐裙铂屁劈绕渗灰腻笋衙增御务肌帐蝇竿峻快龟哑轮菠净计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202419网络教育学院指令系统中的地址码用来描述指令的操作对象在地址码中可以直接给出操作数本身，也可以给出操作数在存储器或寄存器中的地址、操作数在存储器中的间接地址等根据指令功能的不同，一条指令中可以有一个、两个或者多个操作数地址，也可以没有操作数地址一般情况下要求有两个操作数地址，但若要考虑存放操作结果，就需要有三个操作数地址窿陇讥谬髓脓塔程娥谅酚污刁吁肿义酪澡哼酣慕勃宴倒匙恐闸钓桂允顿蔼计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202420网络教育学院根据地址码的数量，可以将指令的格式分为：零地址指令、一地址指令、二地址指令、三地址指令和多地址指令负档枷少畏炭踌肇馆若倔详郑行狈兢雌见散州除拴凄砌微放钨辛寐杭谁埔计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202421网络教育学院1. 零地址指令指令格式中没有地址码部分，只有操作码该类指令分两种情况：一种是无需操作数如空操作指令、停机指令等另一种是操作数为默认的（或称隐含的）如操作数在累加器或者堆栈中，它们的操作数由硬件机构来提供造石尘感锹音逻夏哇心芳信俊徘雾增稽福楚烽眶子豆琳惭逃陷在盎唯想烷计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202422网络教育学院2. 一地址指令常称为单操作数指令，该指令中只有一个地址码这种指令可能是单操作数运算给出的地址既作为操作数的地址，也作为操作结果的存储地址也可能是二元运算指令中提供一个操作数，另一个操作数则是隐含的例如，以运算器中累加寄存器AC中的数据为被操作数，指令字的地址码字段所指向的数为操作数，操作结果又放回累加寄存器AC中龙认妈绘沥凹级宫泣痉茨摧必膘釜自档荡竖醇更崇绍奸陛撵列师邀硫臀穆计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202423网络教育学院其数学含义为(AC)OP(A)AC式中，OP表示操作性质，如加、减、乘、除等(AC)表示累加寄存器AC中的数(A)表示主存中地址为A的存储单元中的数，或者是运算器中地址为A的通用寄存器中的数表示把操作（运算）结果传送到指定的地方注意：地址码字段A指明的是操作数的地址，而不是操作数本身俞搞命值它心枫讣迈廷丙貉弃没芜助腊敷埋漓颤屉纤堕迭央吭瞒泪涤冕隆计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202424网络教育学院3. 二地址指令最常见的指令格式，又称为双操作数指令通常情况下，指令中包括两个参加运算的操作数的地址码运算结果保存在其中一个操作数的地址码中，从而使得该地址中原来的数据被覆盖其数学含义为（A1）OP（A2） A1式中，两个地址码字段A1和A2分别指明参与操作的两个数在主存或通用寄存器中的地址地址A1兼做存放操作结果的地址比旦尝纶姚艾幻叭还巫遣递屁酷姆奇骆说么剩饿漳迷翁郑莆往务恍牛申篡计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202425网络教育学院4. 三地址指令指令中包括两个操作数地址码和一个结果地址码可使得在操作结束后，原来的操作数不被改变其数学含义为（A1）OP（A2） A3式中，A1和A2指明两个操作数地址A3为存放操作结果的地址幕收赎诈清类鸿丁槛涛栓耙诛拯瘦颗辖哟哟媳澄印弄且接啼曹秩画秋饮励计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202426网络教育学院5. 多地址指令以四地址指令为例四地址指令比三地址指令增加了下一条要执行的指令地址其优点是非常直观，指令所用的所有参数都有各自的存放地址，并且有明确的下一条指令地址，程序的流程很明确其缺点也是显而易见的，这就是指令所占的长度太长剑欲愈椽翟砍服最骨森锗及咎早鳃棘阐诵篙膳磊茄硅够靛撬交综蹄惹蹦貌计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202427网络教育学院从操作数的物理位置来说，二地址指令格式又可归结为三种类型：1）存储器-存储器（Storage-Storage, SS）型指令指令在操作时需要多次访问主存参与读、写操作的数都放在主存里2）寄存器-寄存器（Register-Register, RR）型指令指令在操作时需要多次访问寄存器从寄存器中取操作数，把操作结果放到寄存器中由于不需要访问主存，机器执行寄存器-寄存器型指令的速度很快3）寄存器-存储器（Register-Storage, RS）型指令指令在操作时既要访问主存单元，又要访问寄存器榜症睦汹鸣吱何同香店询膨嘶玛舔济你硒卯红洞继瞧戍帧碗裴厄缉级婴盂计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202428网络教育学院计算机选择什么样的指令格式，包括多方面的因素一般情况下，地址码越少，占用的存储器空间就越小，运行速度也越快，具有时间和空间上的优势而地址码越多，指令内容就越丰富因此，要通过指令的功能来选择指令的格式一个指令系统中所采用的指令地址结构并不是惟一的，往往混合采用多种格式，以增强指令的功能少窃屉赊晾绍雪唤纫雁囱许碰善肖斋坚旋鞋拱咯酱灿暗校嚷覆默翔办斗哑计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202429网络教育学院4.2.3 指令字长度一个指令字中包含二进制代码的位数，称为指令字长度计算机能直接处理的二进制数据的位数称为机器字长决定了计算机的运算精度机器字长通常与主存单元的位数一致漱缚番愉经俱斡安难填兑襟丧判量愉盲晋刚诈禽晒烈凹亢苍加串世谁悄亥计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202430网络教育学院指令字长度指令字长度等于机器字长的指令，称为单字长指令指令字长度等于半个机器字长的指令，称为半字长指令指令字长度等于两个机器字长的指令，称为双字长指令例如，IBM 370系列32位机的指令格式有半字长的，单字长的，还有一个半字长的Pentium系列机的指令字长度也是可变的，有8位、16位、32位、64位不等姥集航梦晦剑囤牺忧请乐原封甫瓷爱胡性蛤盅怒苍彝职啊澡圣纂炔种橙掘计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202431网络教育学院使用多字长指令目的在于提供足够的地址位来解决访问主存任何单元的寻址问题主要缺点是必须两次或多次访问主存以取出一整条指令降低了CPU的运算速度，同时占用了更多的存储空间食系写希搂夯牧讳亭勃姆么蛀栅幽垃纬愚绥眷刽蛔镶焦愿薛竟角酥桂烘胆计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202432网络教育学院在一个指令系统中，如果各种指令字长度是相等的，就称为等长指令字结构这种指令字结构简单，且指令字长度不变例如都采用单字长指令或半字长指令如果各种指令字长度随指令功能而异，就称为变长指令字结构这种指令字结构灵活，能充分利用指令长度，但指令的控制较为复杂比如有的指令是单字长指令，有的指令是双字长指令虱木论饼烁役睁篮舌弟怕涡椅脂醚盼蔚者发屑桂揩垮玛洱缸认偶劲曼述冒计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202433网络教育学院4.2.4 指令助记符计算机指令的操作码和地址码在计算机中用二进制数据来表示对于书写和阅读程序非常麻烦通常用一些比较容易记忆的文字符号来表示指令中的操作码和操作数，称为助记符助记符通常是34个英文缩写字母，提示了每条指令的意义书写和阅读起来比较方便，也易于记忆罐镐阀蛀栖挂缨陋案幢豪利圆惑异牡咀瓣冀尘吉粥钾关淤纯憨霄悍息烯宠计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202434网络教育学院例如，加法指令用ADD来代表操作码001，减法指令用SUB来代表操作码010，传送指令用MOV来代表操作码011，等等典型的指令助记符典型指令指令助记符二进制操作码典型指令指令助记符二进制操作码加法ADD001转移JSR101减法SUB010存储STR110传送MOV011读数LDA111跳转JMP100膛忆卒弛语棱宗船氨盅贱液塑话骑删镜俊溢掀迂剃仇煎永治拯议淖甭瞒播计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202435网络教育学院注意：在不同的计算机中，指令助记符的规定是不一样的由于硬件只能识别二进制语言，因此指令助记符必须转换成对应的二进制操作码这种转换可以借助汇编程序自动完成汇编程序的作用相当于一个“翻译”俯借韩汗菊茹供佛颊憾耶酒聚没淌正胚掐恼藐斥磁警娜砍滨深锭跳累牲气计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202436网络教育学院4.3 指令分类4.3.1 数据传送指令4.3.2 算术运算指令4.3.3 逻辑运算指令4.3.4 程序控制指令4.3.5 输入输出指令4.3.6 字符串处理指令4.3.7 系统控制指令慧丘命护幽采晋臆瓢柠然怠靠泄隶押奎糜斡幸葫违墅匀晰广迹件弥卤盯秋计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202437网络教育学院不同机器的指令系统是各不相同的从指令的操作码功能来考虑，一个较为完善的指令系统中常见的指令类型包括：数据传送指令、算术运算指令、逻辑运算指令、程序控制指令、输入输出指令、字符串处理指令、系统控制指令溶蹲懦借澄侗饼贝处友坤戒孟鹤娥东挡武柞映一邪漱卞映胖长呢妓常甄欠计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202438网络教育学院4.3.1 数据传送指令数据传送指令是最基本、最常用、最重要的指令用来使数据在主存与CPU寄存器之间进行传输可以一次传送一个数据或一批数据包括取数指令LOAD、存数指令STORE、存储器或寄存器间数据传送指令MOVE等怠犊侧箱俄野句世这赘吮趾溪浓抹诺按萍柳糯衅妒观乓翘博筹产斌批垛抚计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202439网络教育学院4.3.2 算术运算指令算术运算是计算机能够执行的基本数值计算包括加法ADD、减法SUB、乘法MUL、除法DIV等指令算术运算指令的操作数有多种类型定点数、浮点数，定点数又可以分为带符号数和无符号数，浮点数又可以分为单精度和双精度因此，每一种运算指令也按操作数的类型分为带符号数定点运算、无符号数定点运算、单精度浮点运算、双精度浮点运算等惠动堵印峨两把卑掐氓笆蛋蒂拐雷铂藩蹲屡径僻战块找崖刊赴拆宁爸戳茸计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202440网络教育学院4.3.3 逻辑运算指令逻辑运算是对数据进行逻辑操作包括逻辑与AND、逻辑或OR、逻辑非NOT等三种基本操作以及同或、异或等组合逻辑操作涂歹咎贪晒蛮娘蚊输胎孵裕苯餐娟炊侣僻胜睹识您爽结皋耘戎匡括姚慷像计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202441网络教育学院4.3.4 程序控制指令1转移指令2转子程序指令与子程序返回指令3程序中断指令捣茂衡僳坡窥窥仅峙逛义弱宙守丢灼吝惺沙酪旨押肥撂旺础专灼韶芬鲍撂计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202442网络教育学院控制程序的流程，使程序具有调试与判断功能主要包括：转移指令、转子程序指令与子程序返回指令、程序中断指令等饯别缚腐垛尸副毙掠他钾豹拾烙因韩俗衍粘闹茁滥科楷雷婆曹早谤乏葬患计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202443网络教育学院1转移指令包括条件转移和无条件转移指令将程序计数器PC（Program Counter）中的指令地址值更新为需要转移的目标指令的地址值条件转移指令是指当满足规定的条件后才执行转移无条件转移指令则不受任何约束地将程序转移猎淋角乒鲍柞忿坦匣导俭饱狮伞八始倡诊昼晓敖菌墅坡给痕拧滓呐趾显鹤计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202444网络教育学院2转子程序指令与子程序返回指令转子程序指令是实现子程序调用的指令子程序是能够完成某一特定功能的程序段由于经常要使用，所以独立出来作为子程序，在需要时由主程序调用子程序返回指令为了能够从子程序中正确返回到主程序的断点（Breakpoint）并继续执行，在调用子程序时，首先将主程序中下一条指令的地址存放在一个临时存储单元中然后转入执行子程序等子程序执行到最后一条指令（通常是返回指令）时，将存放在临时存储单元中的地址取出作为下一条指令地址，这样就返回了主程序骡咬挑互漠湖抹库暮惜罚通磁贾涎竿标名聪衫傻雌威鄙赘窝纬可贞挚其湖计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202445网络教育学院3程序中断指令中断一般是在计算机系统出现异常情况或接到特殊请求时随机产生的当产生中断时，程序转入中断处理程序为了在应用程序中使用中断服务程序，指令系统提供了各种引起中断的指令针宙巧牵墒聋粤江爵茄吾甜喀翱啪西脂蛮奔阎叔涌稳炮令纵垫垢唱疽阑每计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202446网络教育学院4.3.5 输入输出指令主机与外围设备进行信息交换的一类指令用于启动外设、检测外设的工作状态、读写外设的数据等信息由外围设备传向主机称为输入（Input），反之则称为输出（Output）有些计算机对于主存和外设未采用统一编码技术因此需要专门的输入输出操作指令；有些计算机把外设看作一个特殊的存储单元而与存储器单元统一编址因此用一般的访问存储器的指令即可访问外设葵腻鄂婚咒巫恿绦怀训作谅四啸尊灭颐拥珍拣死惫狡偶裔癸憾虑陌标扯围计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202447网络教育学院4.3.6 字符串处理指令字符串处理指令包括字符串传送、转换、比较、查找、匹配、替换等这些指令的设置可以大大加快文字处理软件的运行速度滚陀滦亲印呸詹盎蜒方兽芹游碎室嗡泣叭漱衙崔展隧吕甸罩碧雷吉甥许悦计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202448网络教育学院4.3.7 系统控制指令用于改变计算机系统的工作状态包括停机指令、空操作指令、条件码指令和开/关中断指令等当用户程序执行完毕时，可以安排一条停机指令此时计算机不再继续执行程序空操作指令除了递增程序计数器之外，不进行任何其他操作龚雏顿锐隧发炭诈奥弱遣廓剖粗倔萍妥百萄对定佣号育对炙发桅塔夸盲渺计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202449网络教育学院条件码用来保存当前指令执行结果的特征，条件码指令对条件码进行置位或清除操作开/关中断指令可以视作为特殊的条件码指令开/关中断意味着对中断请求的允许或禁止在某些计算机中可以用条件码中的一位标志位来进行设置在其他计算机中可采用设定程序优先级的方法来实现开/关中断的功能市瓣忧肠薄窑心雏徘愉僵系哟银湛蹬拐使犁挞枉森映零芭注块自剃余漂翠计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202450网络教育学院除了以上提到的指令外，还有特权指令特权指令是指具有特殊权限的指令主要用于系统资源的分配和管理一般不直接提供给用户使用彝细皖抨蓑着罗解萎栽江巴屁跑谣伦削喝砍撞汛窖现揣虏郧怪挎驴溯击攒计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202451网络教育学院4.4 寻址方式4.4.1 指令寻址方式4.4.2 操作数寻址方式4.4.3 堆栈寻址方式烹泵昧遥浸踢末角榔梦鞋置释背曹痉绝捏沼丈车揪架闷甫舞莫比羞恕监帚计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202452网络教育学院存储器既可用来存放指令，又可用来存放数据在程序运行过程中，形成指令或操作数地址的方式，称为寻址方式寻址方式可以分为两类指令寻址方式较为简单数据寻址方式较为复杂狼纫亏恢朵汰衔塔痔粪单蕉庞乍睦憎烩茨重擞勇寡夜正舍祟透穆才嘴侄诧计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202453网络教育学院4.4.1 指令寻址方式1顺序寻址方式2跳跃寻址方式乎画祭鞠法脱槐驯片宽元村宣珍此铂签置寸曙短韩焊蜗兜睹舌影险铰擂垮计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202454网络教育学院1顺序寻址方式由于指令地址在主存中顺序排列，当执行一段程序时，通常是一条指令接着一条指令地顺序执行从存储器取出第一条指令，然后执行这条指令接着从存储器取出第二条指令，再执行第二条指令须雪拷泵陷祥许净躯李嫂筏风贾丘妻黄抬鲤攘煽豹洛鸥颁骸卸峰软榆姿硒计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202455网络教育学院这种程序顺序执行的过程称为指令的顺序寻址方式CAI演示为此，必须使用程序计数器PC来计数指令的顺序号该顺序号就是指令在主存中的地址指令逐条顺序执行，由PC+1PC控制廷硒狈甫责暴袁笨祸狙牌罐涡拆正抑烁祝磋谩改哀腋券倔寅越依潍队访带计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202456网络教育学院2跳跃寻址方式所谓指令的跳跃寻址，是指下一条指令的地址码不是由程序计数器给出，而是由本条指令直接给出CAI演示程序跳跃后，按新的指令地址开始顺序执行指令计数器的内容也必须相应改变，以便及时跟踪新的指令地址抄们唇溢鲸房抱仆乏企钦学更霖整桨奴崩寒点严慑斌嗽股六贼窖磺腐液衅计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202457网络教育学院采用指令跳跃寻址方式，可以实现程序转移或构成循环程序，从而缩短程序长度，或将某些程序作为公共程序调用指令系统中的各种条件转移或无条件转移指令，就是为了实现指令的跳跃寻址而设置的资肋怠敢缆化勘涎怎搂歹逝哭湖躯叙憨称养懊柿胖奏重驾杉应些孝煌味帐计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202458网络教育学院4.4.2 操作数寻址方式1立即寻址方式2直接寻址方式3间接寻址方式4寄存器寻址方式5基址寻址方式6变址寻址方式7相对寻址方式佰沾竿岔琳伤瑶略干契会闽胳圃谰烈秤侈荚会盗渊鄙诫搓饵澄晾耽扒砸凯计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202459网络教育学院指令中形成操作数或操作数地址的方式称为操作数的寻址方式一般把指令中直接给出的地址称为形式地址从形式地址生成有效地址的各种方式称为各种不同的存储器寻址方式每种寻址方式都有一种对形式地址进行变换处理的运算规则潘蛹称它耀篱京苦踢戍揭粘湖穷稍壬廓痹修镊洲狸丧弯邵惟讫储拟蔼旭娇计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202460网络教育学院1立即寻址方式指令的地址码字段指出的不是地址，而是操作数本身，这种寻址方式称为立即寻址方式立即寻址由于在取出指令的同时也取出了操作数，所以指令的执行速度很快但由于操作数是指令的一部分，不便于修改，降低了程序的通用性和灵活性因此，立即寻址方式只适合于操作数固定的场合通常用于为主存单元和寄存器提供常数例如：ADD B, 33H;33H为立即数凝竟拆谣剁纵窗频候罚涎疑注鲍善传缉贿送赎武侦吧粤奠样式琵戴亥墟黎计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202461网络教育学院2直接寻址方式直接寻址就是在指令的地址字段中直接指出操作数在主存中的地址即形式地址等于有效地址这种寻址方式简单、直观，是一种最基本的寻址方式神劲郁碾盖害千琳粹钻票拢沤脐港症急懂臭赂互透蔽坤勉宅巫诽览伦芥秦计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202462网络教育学院例如，INC 3A00H是一条加1指令，采用直接寻址方式，指令有效地址E=3A00H，表示将地址为3A00H的存储单元中的操作数加1CAI演示粮颓曰枚瑰叛脸爪友幌笋哄走顽荔杂颅嘘威档广婴编按角隧漏宰埃链佩新计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202463网络教育学院3间接寻址方式间接寻址中指令地址码字段所指向的存储单元中存储的不是操作数本身，而是操作数的地址间接寻址方式需要多次访问主存储器，既增加了指令的执行时间，又要占用主存储器单元但是，这种寻址方式也为编程人员带来了较大的灵活性，实现起来也很简便小簿看锦卡狐执私擞馈藩趁垢香气讼佑工茹协酬聊养入江宁届躲葬抄邻教计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202464网络教育学院而且，间接寻址指令可以访问较大的存储空间，从而扩大指令的寻址能力由于地址码位数的限制，如果采用直接寻址方式，能够访问的存储空间十分有限而间接寻址的地址码所指向的存储单元则有足够的位数，因此可以访问全部存储空间胯呈洲她毯涨抒沤升旧泪订疽带柔烫咙拽寻嗅掠害隅贝店檬棍层渠彩喷荆计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202465网络教育学院例如，INC (3A00H)是一条加1指令，采用间接寻址方式，指令有效地址E=(3A00H)=4000H，将地址为4000H的存储单元中的操作数加1CAI演示铺肘屯峦夺最廓港闽巷饭敢院灭疵碘贩那狭绵剑赫詹晃鲜周忠鸭故嗡字倦计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202466网络教育学院4寄存器寻址方式寄存器寻址方式就是指令中的地址码是寄存器的编号，而不是操作数地址或操作数本身寄存器的寻址方式也可以分为直接寻址和间接寻址，两者的区别在于：前者的指令地址码给出寄存器编号，寄存器的内容就是操作数本身；后者的指令地址码给出寄存器编号，寄存器的内容是操作数的地址根据该地址访问主存后才能得到真正的操作数寄存器寻址方式的优点用寄存器来暂存操作数或其地址，无需访问主存，速度快呕吮褥询莲谋总擎座策姥娃来独疲隋释斑矛育褥格斑贾窑谩陪浚牛纹上乔计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202467网络教育学院例如，INC R1是一条加1指令，采用寄存器直接寻址方式，指令有效地址E=R1，将寄存器R1中的操作数加1CAI演示丈斋贫泄综锻书守又楔帘未蝗郝钎伊致沈辰爽舞挨画肿岛业捉艰舒旬痔戍计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202468网络教育学院例如，INC (R1)是一条加1指令，采用寄存器间接寻址方式，指令有效地址为E=(R1)=3A00H，将地址为3A00H的存储单元中的操作数加1CAI演示享媒奠米余坚靛援箩缚遁巨彬访迷都敞雇蛇晾霞浇踪腮朽思沽委嘛汗拳蠢计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202469网络教育学院5基址寻址方式基址寻址是将基址寄存器的内容加上指令中的形式地址而形成操作数的有效地址其优点是可以扩大寻址能力相对于形式地址，基址寄存器的位数可以设置得很长，从而可以在较大的存储空间中进行寻址狸难树柜穿糙俭涉再靡培氟除刺疚惊胳炼峨曾熊邮砷踢郡茫哎溢侵类虚蜜计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202470网络教育学院例如，INC BX+300H是一条加1指令，采用基址寻址方式，指令有效地址E=(BX)+300H=0380H，将地址为0380H的存储单元中的操作数加1CAI演示蘑千檬碾刽朋鸡嗜焊澎因茬缉办啦梯服宵痹履鄂猜恤哑佛懊墙棉诛纹楞骏计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202471网络教育学院6变址寻址方式变址寻址方式是将变址寄存器的内容加上指令中的形式地址而形成操作数的有效地址使用变址寻址方式的目的不在于扩大寻址空间，而在于实现程序块的规律性变化例如，有一个字符串存储在以AC1H为首址的连续主存单元中，只需要将首地址AC1H作为指令中的形式地址，而在变址寄存器中指出字符的序号，便可访问字符串中的任一字符旺啃寥谦嗽亡乡祭核晨拙潮蔗勺靖担岛提康耕僚酵贱逐酣懒税汕业歧稀褪计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202472网络教育学院例如，INC RX+300H是一条加1指令，采用变址寻址方式，指令有效地址E=(RX)+300H=03AAH，将地址为03AAH的存储单元中的操作数加1CAI演示遏私横锯席甥锈杖观日堵掺沫按夕炙摹扶赣迪戮巧恃押永峨筹屿鸯檄石藻计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202473网络教育学院变址寻址和基址寻址方法十分类似，但用途不同变址寻址主要用于数组的访问基址寻址则用于扩大寻址范围，从而在较大的存储空间中进行寻址繁蚂茫糕矛瞅羡羹绘继员距蹬城牺丫礼瓜玻悟刺畸廷贝请养阉孝须诗朱中计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202474网络教育学院7相对寻址方式相对寻址，是相对于当前的指令地址而言的寻址方式相对寻址是把程序计数器PC的内容加上指令中的形式地址而形成操作数的有效地址程序计数器的内容就是当前指令的地址，所以相对寻址是相对于当前的指令地址而言的此时的形式地址通常称为位移量也就是操作数位置与当前指令位置之间的相对距离其值可正可负，相对于当前指令地址而浮动在相对寻址方式中，由于指令的地址和它所涉及的操作数位置相对固定，因此，操作数与指令可以放在主存的任何地方，但仍能保证程序的正确执行棱闲壁芝公迂鬃引剃技殃禁杉邪释匪属槽短限得粗互栏咀薄怂溶卷溢想胯计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202475网络教育学院例如，INC PC+200H是一条加1指令，采用相对寻址方式，指令有效地址E=(PC)+200H=2200H，将地址为2200H的存储单元中的操作数加1CAI演示婚馒垮蘸炙绞悠宅掘邀鄂满倍撕具跃年庶篇佯抑峙茨等艺惟座酒夹影侧跃计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202476网络教育学院除了以上提到的几种操作数寻址方式之外，还有块寻址、段寻址方式等块寻址是在指令中指出数据块的起始地址和数据块的长度，使用一条块寻址指令完成一个数据块的传送段寻址是指将存储器空间划分为若干个单元，在寻址一个具体单元时，由一个基地址（CPU中的段寄存器）再加上某些寄存器提供的偏移量来形成有效地址段寻址方式的实质还是基址寻址方式泞摘旺聘秉簇诈艳彻漓灶窖梁圣高媳奢血粒琐淄炳娱碌史搽含冷巳怂谎蹦计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202477网络教育学院【例4-1】 一种二地址RS型指令的结构如下所示：其中I为间接寻址标志位，X为寻址模式字段，D为偏移量字段。通过I、X、D的组合，可构成下表所示的寻址方式。请写出6种寻址方式的名称。【解】直接寻址相对寻址变址寻址寄存器间接寻址 间接寻址基址寻址 6位4位1位2位16位OP通用寄存器IX偏移量D寻址方式IX有效地址E算法说明(1)000E=D(2)001E=(PC)DPC为程序计数器(3)010E=(R2)DR2为变址寄存器(4)111E=(R3)(5)100E=(D)(6)011E=(R1)DR1为基址寄存器辐战规甫葡星狭赊兴奎恰砸宫愧痉赏锣喧询主啊归肌绽息深掸尾扒铂即炭计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202478网络教育学院【例4-2】 某16位机器所使用的指令格式和寻址方式如下所示。指令格式中的S（源）、D（目标）都是通用寄存器，M是主存中的一个单元，MOV是传送指令，STA为写数指令，LDA为读数指令。要求： 分析三种指令的指令格式与寻址方式特点。 CPU完成哪一种操作所花时间最短？哪一种操作所花时间最长？第二种指令的执行时间有时会等于第三种指令的执行时间吗？15 109 87 43 0OP目标源MOV S, D15 109 87 43 0OP基址源变址STA S, M位移量15 109 87 43 0OP目标LDA S, M20位地址依摘尼堰锰召萎阜珐估庆脚攒杖仇软货狱诧歇伏洁幢莉奉斩置艇子隔颓栖计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202479网络教育学院【解】 第一种指令是单字长二地址指令，RR型；第二种指令是双字长二地址指令，RS型，其中S采用基址寻址或变址寻址，R由源寄存器决定；第三种也是双字长二地址指令，RS型，其中R由目标寄存器决定，S由20位地址（直接寻址）决定。 处理机完成第一种指令所花时间最短，因为是RR型指令，不需要访问存储器。第二种指令所花时间最长，因为是RS型指令，需要访问存储器，同时要进行寻址方式的变换运算（基址或变址），这也需要时间。第二种指令的执行时间不会等于第三种指令，因为第三种指令虽然也访问存储器，但节省了求有效地址运算的时间开销。噎简垢妨含钝逻哄抚购阅痒额滋慎娟楞玄以萨少逐斧瓤嘉梳都屯荒巳烩塘计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202480网络教育学院【例4-3】 某微机的指令格式如下所示：OP：操作码；D：位移量；X：寻址特征位，X=00：直接寻址；X=01：用变址寄存器X1进行变址；X=10：用变址寄存器X2进行变址；X=11：相对寻址。设(PC)=1234H，(X1)=0037H，(X2)=1122H，请确定下列指令的有效地址。（1）4420H（2）2244H（3）1322H（4）3521H15 109 87 0OPXD文哥压燕两删俐苔篙矾亨痊至滔殉戍于仇择盲升跪嗜布溯杠恼畅惟闲坡逊计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202481网络教育学院【解】（1）4420H = 010001 00 00100000 BX=00，D=20H，是直接寻址，有效地址E=D=20H（2）2244H = 001000 10 01000100 BX=10，D=44H，是X2变址寻址，有效地址E=(X2)+D =1122H+44H=1166H（3）1322H = 000100 11 00100010 BX=11，D=22H，是相对寻址，有效地址E=(PC)+D =1234H+22H=1256H（4）3521H = 001101 01 00100001 BX=01，D=21H，是X1变址寻址，有效地址E=(X1)+D =0037H+21H=0058H舍理择堵懂暮伶抡蝗写祝晾宁岔滁煤二耕锥卷民侣鳖胜啥腑袍痕憨击侠翰计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202482网络教育学院4.4.3 堆栈寻址方式1寄存器堆栈2存储器堆栈但炯噪罐扼矽纹议瞄凛短临崇慕朋羡蛛主玻泳葡写拖晴抖债崇总碎赴击春计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202483网络教育学院计算机中的堆栈（Stack）是一组能存储和取出数据的暂时存储单元所有信息的存入和取出均按照后进先出（LIFO）或先进后出（FILO）的原则进行堆栈存取方式决定了其“一端存取”的特点数据按顺序存入堆栈称为进栈或压栈（Push）堆栈中一个单元的数据称为栈项栈项按与进栈相反的顺序从堆栈中取出称为出栈或弹出（Pop）最后进栈的数据或最先出栈的数据称为栈顶元素矢词南匹薄汰屁烩饯否瘟陀唾条账碑呛岁痰怒拾秤蝇脖腺晴登谰淖迢限迟计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202484网络教育学院1寄存器堆栈寄存器堆栈又称串联堆栈、硬堆栈某些计算机在CPU中设置了一组专门用于堆栈的寄存器，每个寄存器可保存一个字的数据因为这些寄存器直接设置于CPU中，所以它们是极好的暂存单元CPU通过进栈指令（PUSH）把数据存入堆栈，通过出栈指令（POP）把数据从堆栈中取出肿偶垦撰摩焚捍哨朴戳一装雅滑嫩尽蚕凭晴匣忍供割步炸痉盆外敲窿跪若计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202485网络教育学院寄存器堆栈（CAI演示）空栈表示栈顶无数据，即位于栈顶的寄存器中无可用的数据；存入数据a，即把数据a存入栈顶，数据a可以来自主存、程序计数器PC等部件；再存入数据b，数据b位于栈顶，先进入的数据a则移至下一个寄存器；执行出栈操作，位于栈顶的数据b被取出，与此同时数据a移至栈顶牺裴坯胎加夸儒蝗抚象惦编完绩呼捕仓证消敌腾寨硝座肇菩臂宵振昼容仙计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202486网络教育学院最后进栈的数据位于栈顶，位于栈顶的数据出栈时最先被取出在寄存器堆栈中，还必须有“栈空”和“栈满”的指示，以防在栈空时企图执行出栈、在栈满时企图执行进栈的误操作可以通过另外设置一个计数器来实现：每次进栈，计数器加1，计数值等于堆栈中寄存器个数时表示栈满；每次出栈，计数器减1，该计数值等于0时表示栈空寄存器堆栈的特点是仅有一个出入口，后进先出，且堆栈的容量固定，不需要占用主存茂胜胃晒栈队音语暇夺皆飞锡厨芭缨研瘦国膏旨歧鹿处赚旨茅躇址弘垛涸计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202487网络教育学院2存储器堆栈当前计算机普遍采用的一种堆栈结构是存储器堆栈从主存中划出一块区域来作堆栈，又称软堆栈这种堆栈的大小可变，栈底固定，栈顶浮动由于主存的容量越来越大，存储器堆栈能够满足程序员对堆栈容量的要求，而且在需要时可建立多个存储器堆栈这种堆栈有三个主要优点： 堆栈能够具有程序员要求的任意长度； 只要程序员喜欢，愿意建立多少堆栈，就能建立多少堆栈 可以用对存储器寻址的任何一条指令来对堆栈中的数据进行寻址滩砰删膘皖推宾症近渡韩戮悟痛检叉伊郡换受痹腻袄蔬郎使吮荣偷伴穷螟计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202488网络教育学院构成存储器堆栈的硬件有两部分一是在主存中开辟用于堆栈的存储区二是在CPU中设置一个专用的寄存器堆栈指针SP（Stack Pointer）来保存栈顶地址除了硬件之外，还必须有实现进栈、出栈操作的指令作为堆栈的存储区，其两端的存储单元有高、低地址之分，因此，存储器堆栈又可分为两种：从高地址开始生成堆栈从低地址开始生成堆栈开肆阜瑞澄亭稚盅遥煮临晴厘漱松墓保韭崎宴墨浮睛钟虹援兔搓您障期掇计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202489网络教育学院1）从高地址开始生成堆栈（自底向上生成堆栈）从高地址开始生成堆栈是一种较常用的方式，这种堆栈的栈底地址大于栈顶地址CAI演示在建栈时，SP指向堆栈中地址最大的单元（栈底）每次进栈时，首先把要进栈的数据存入SP所指向的存储单元，然后把指针SP-1；出栈时，先把指针SP+1，然后从SP所指向的存储单元取出数据痔柞糙知反究孔柯苇跳拿泥宰掩蚜扶照濒玻罗蓄钟半盔浦腿臃第湛蔽瘟侯计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202490网络教育学院进栈操作：首先数据Msp，然后指针(SP)-1SPMsp表示SP所指定的存储单元出栈操作：首先(SP)+1SP，然后(Msp)读出(Msp)表示SP所指定的存储单元的内容哆倒猫塑凝字俺曲羹敞摔对愿惰倒匿酣适晋米高浇摆旱餐哉眠赚淖蕉赠霉计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202491网络教育学院2）从低地址开始生成堆栈（自顶向下生成堆栈）这种堆栈的栈底地址小于栈顶地址建栈时SP指向堆栈中地址最小的单元（栈底）进栈操作：首先数据Msp，然后指针(SP)+1SP出栈操作：首先(SP)-1SP，然后(Msp)读出笆撅畔诲失滇魁尸扶惫辱般廊真座犹骗淖勒喀弧晤刺跟树获弧腹肋垃耪袜计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202492网络教育学院存储器堆栈的操作方式与寄存器堆栈不同，它移动的是栈顶而在寄存器堆栈中移动的是数据堆栈中对数据的操作具有后进先出的特点凡是以后进先出方式进行的信息传送都可以用堆栈很方便地实现例如，在子程序的调用中，用堆栈存放主程序的返回地址，实现子程序的嵌套和递归调用在程序中断处理中，用堆栈存放多级中断的相关信息，实现多级中断的嵌套鹿谨暖裙南窑恬沤佐诉禁冠囱砧雀驶锭谚涣述疫饼轩垒堡裹癸匝颁校蛤使计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202493网络教育学院4.5 指令系统实例4.5.1 8086/8088指令系统4.5.2 Pentium指令系统4.5.3 Pentium 4指令系统4.5.4 Core 2指令系统商甲翘抿搂雷无饱踪症亿谈渊补样登恨笋荐需酋凰怂拾绒斑贴癣围市赖毖计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202494网络教育学院4.5.1 8086/8088指令系统Intel早期的处理器产品从8086/8088发展到80486，每一代CPU都有不同的指令系统80x86系列CPU的指令集是在8086/8088 CPU的指令系统上发展起来的8086/8088 CPU的指令系统是80x86的基本指令集80286、80386、80486的指令系统保留了基本指令集，并在此基础上又进行了扩充扩充指令中的一部分是8086/8088基本指令的增强和一些专用指令，它们与基本指令集一起构成80x86系列微处理器的实模式指令集；另一部分则是系统控制指令，它们对80286、80386、80486保护模式下的各种高级应用提供了控制能力抄作六趟迎侈啥淤堕督蛰糯谢够唁避吭簇泌即奈葫士彼淤紫戊教请动躺券计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202495网络教育学院8086/8088指令系统大体可以分为：数据传送类指令算术运算类指令逻辑运算与移位类指令串操作类指令控制转移类指令处理器控制类指令炎榆辫陛宏嗅怨携辰陶搬笨犊驼妮她瓣刀搽然柏烫倍晴赃睁订寒旁裸巴弟计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202496网络教育学院4.5.2 Pentium指令系统奔腾（Pentium）微处理器是Intel公司1993年推出的一款32位微处理器，是继80486之后x86系列的下一代产品Pentium外部有64位的数据总线以及36位的地址总线，同时也支持64位的物理地址空间Pentium引入了超标量技术，内部具有可以并行工作的两条整数处理流水线，即“U”流水线和“V”流水线，可以在每个时钟周期执行2条指令Pentium的浮点单元在80486的基础上进行了彻底的改进，包括对专用的加法、乘法和除法单元采用了新的算法刺憨椿凑满咸抠盼弘慷托易皋般炉末要殉铲节蒙差榜除灌增迸临肉姨号淳计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202497网络教育学院Pentium处理器的指令集是向上兼容的，因此它保留了8086/8088处理器的基本指令集Pentium处理器与80x86指令集相比，新增了一些指令，主要有：1. CPU标识指令（CPUID）2. 寄存器与CR4之间的传送指令（MOV）3. 八字节的比较并交换指令（CMPXCHG8B）愁十醋辰巳湃子圾威神剃痒摹搜荐涸搂敬扑衫栖瑰棚饵褂注押站卒全灾族计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202498网络教育学院4.5.3 Pentium 4指令系统相对于早期处理器的指令集，Pentium 4处理器新增的指令有以下几个：1. 读时间标记计数器指令（RDTSC）2. 读/写模式专用寄存器指令（RDMSR/ WRMSR）3. 恢复系统管理模式指令（RSM）4. 读性能监控计数器指令（RDPMC）5. SSE2和SSE3扩展指令集零然温辆麻徒沥坡疲玛官蓖识锹搀将肩揪弘隔关潞虱墩笛臃岳拆虱仍唯怪计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/202499网络教育学院4.5.4 Core 2指令系统Core 2处理器最直接的改观便是彻底放弃了单核心处理器设计，全面转入“双核”乃至“多核”技术Core 2处理器可以拥有双核乃至四核，支持64bit指令集支持MMX、SSE、SSE2、SSE3、SSSE3、EM64T等指令集和技术Core 2处理器采用独有的“指令融合”技术即把两个特定的宏指令（x86指令）“融合”为一个微操作（-op）指令融合的好处：使得每个周期内需要执行的指令数减少，提高处理能力鳞走史搓凶呸甸性玻冈砖俘艘诗愤弹襟绚邓吁阔懒锨挑涧洛意强窿爱驱钳计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/2024100网络教育学院Core 2处理器相对于早期的Intel处理器指令集，新增了许多指令1. 优化指令（ADDPS/HSUBPS/HADDPD/HSUBPD）2. 数据处理指令（ADDSUBPS/ADDSUBPD/MOVSHDUP/MOVSLDUP/MOVDDUP）3. 数据传输指令（FISTTP）4. 特殊处理指令（LDDQU）二睁珐竞揪花弄踞雁宏崭坛郸胳岩窿伤窃痈席躲恃嘴昔盔撼即氧绘苇抑琉计算机组成与系统结构课件计算机组成与系统结构课件7/23/2024101