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3.2 指令系统 本节主要分析:.ppt


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文档列表 文档介绍
指令系统
本节主要分析:
−基于MIPS32架构
√指令格式
√指令涉及的寻址方式
√向用户的指令类型
指令系统→
设计CPU的一般过程:
控制器→
数据通路→
CPU定型
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⊙指令字:用来表示指令的一组二进制代码。
⊙指令字长:指令中包含的二进制代码位数
⊙机器字长:计算机能够直接处理的二进制数据的位数
⊙指令:instruction,计算机执行某类操作的信息的集合,是CPU工作的主要依据。
⊙指令集:instruction set,处理器能执行的全体指令的集合
√决定了计算机的硬件功能
√计算机中软硬件的分界面
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= 寄存器的宽度。
(CISC、RISC)
指令集类型
1、CISC
2、RISC
(Complex Instruction puting)
精简指令集计算
复杂指令集计算
早期计算机部件昂贵、速度慢,为了扩展硬件功能,不得不将更多更复杂指令加入到指令系统,以提高计算机的处理能力
→复杂指令集
(Reduced Instruction puting)
随着半导体技术进步,80年代开始逐渐直接通过硬件方式,而不是扩充指令来实现复杂功能,指令规模逐渐缩小、指令进一步简化
→精简指令集
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※CISC→RISC的技术背景
①2-8规律
②不利于VLSI工艺
③主存技术的发展
CISC中的不同指令使用频率悬殊:
为实现大量的复杂指令,控制逻辑极不规整,给VLSI工艺造成很大困难。
一般通过保存在控制存储器中的微程序来实现复杂指令,70年代后期开始用DRAM做主存,使主存与控制存储器的速度相当,因此很多复杂指令不必再用微程序来实现,可用简单指令构成的子程序实现等效功能。
简单指令(约占20%的)约占80%的使用频率,复杂指令(约占80%)只占大约20%的使用频率。
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→CISC的特点:
①指令数量多;
②指令长度可以不固定,指令格式和寻址方式多样;
③很多指令会涉及存储器读写操作,指令周期长;
④一般在通用处理器中使用;
→RISC的特点:
①指令数量少;
②指令长度固定,指令格式和寻址方式种类也少;
③一般只有少量指令(如取数/存数) 才会读写存储器,其余指令只涉及CPU内部寄存器,指令周期短;
④一般在高端服务器CPU中使用;
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指令格式
指令的基本格式
操作码θ地址码A /操作数D
1个
1个或几个(广义)
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1. 指令字长
定长指令格式
变长指令格式
规整、便于控制
(1)定长操作码
各指令θ的位置、位数固定相同。
(2)扩展操作码
各指令θ的位置、位数不固定,根据需要
变化
合理利用存储空间、提高取指令的效率,如超长指令集
2. 操作码结构
(设置扩展标志)。
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(3)复合型操作码
15 ~ 13 12 11 10 9 5 ~ 0 15
基本操作进位移位回送判跳操作数
[例]某机的算术逻辑运算指令格式
基本特征:
操作码分为几段,每段表示一种二级操作。
复合型操作码
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使用隐式地址,可以减少指令中的地址数量,从而简化地址结构。
3. 地址结构
指令中提供的地址
地址偏移量/立即数
寄存器编号
(1)指令中提供地址的方式
→指令中明确指明地址码
(直接/间接给出)
√显式地址方式
√隐式地址方式
→地址码隐含约定,不在指令中出现。
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(2) 常见的地址结构类型
操作数地址
四地址结构指令
结果地址
下条指令地址
功能:
一般用PC寄存器指示下条指令的地址。
θ
A1
A2
A3
A4
(A1)θ(A2)→A3
A4→PC
四地址结构指令在RISC中很少会使用。
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