2021年计算机组成原理(3).ppt

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；
软件设计人员则利用它编制各种各样的系统软件和应用软件
（2）是硬件设计人员和软件设计人员之间的分界面，也是他们之间沟通的桥梁。
计算机组成原理(3)
2021/1/16
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指令系统相关概念
指令就是规定计算机执行某种操作的指示与命令。
从计算机组成的层次结构来说，指令分：
微指令：在微程序控制的计算机中，将由同时发出的控制信号所执行的一组微操作 。 属于硬件
宏指令：也是汇编指令，允许程序员把一组指令定义成几个短名字。定义之后，可以在代码中用一条宏指令来代替一组指令，节省程序员的时间、简化应用，也使得程序更易读。属于软件。
机器指令：介于微指令与宏指令之间。
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计算机语言
低级语言是指机器语言和汇编语言（助记符）,比如机器语言全部是二进制代码,
高级语言是诸如Basic,C,Pascal,Delphi之类的语言 低级语言编写很麻烦,
下边以a=a+b (a取2,b取3)为例
机器: (一大串1和0,不再给出,因为的确很麻烦)
汇编: MOV AX,2
MOV BX,3
ADD AX,BX
C语言: int a,b;
a=2; b=3; a=a+b;
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机器码与汇编语言之间的关系
B83412 对应与 MOV AX,1234H
1011 1000 0011 0100 0001 0010
对寄存器操作
以字为单位操作
操作内容
Mov
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机器码分析
00h: BA 11 01
03h: B4 09
05h: B9 0A 00
08h CD 21
0Ah: E2 FC
0Ch: B4 01
0Eh: CD 21
10h: C3
11h: 68 65 6C 6C 6F 21 24
MOV DX, OFFSET msgMOV AH, 9MOV CX, 10next:INT 21hLOOP next
MOV AH, 1INT 21h
RET
msg       hello！
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指令系统的发展与性能要求
低级语言与高级语言关系
比较内容
高级语言
低级语言
1
对程序员的训练要求
(1)通用算法
(2)语言规则
(3)硬件知识
有
较少
不要
有
较多
要
2
对机器独立的程度
独立
不独立
3
编制程序的难易程度
易
难
4
编制程序所需时间
短
较长
5
程序执行时间
较长
短
6
编译过程中对计算机资源的要求
多
少
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指令系统的发展与性能
指令系统就是CPU能够执行的所有机器指令的集合。
指令系统决定了计算机的基本功能，指令系统的设计是计算机系统设计的一个核心问题。它不仅与计算机的硬件设计紧密相关，而且直接影响到系统软件设计的难易程度。
完善的计算机的指令系统应具备：
1、完备性：一台计算机中最基本的、必不可少的指令构成了指令系统的完备性。
2、有效性：指利用该指令系统所提供的指令编制的程序能够产生高效率。高效率主要表现在空间和时间方面，即占用存储空间小、执行速度快。
3、规整性：指令操作的对称性和匀齐性，指令格式与数据格式的一致性。
（1）对称性：在指令系统中，所有寄存器和存储单元都可同等对待，这对简化程序设计，提高程序的可读性非常有用。
（2）匀齐性：是指一种操作性质的指令可以支持各种数据类型。
（3）指令的格式与数据格式的一致性：指令长度与数据长度有一定关系，以方便存取和处理。
4、兼容性：一般是指计算机的体系结构设计基本相同，机器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。
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机 器 指 令
一、指令的一般格式
操作码字段 地址码字段
1. 操作码
反映机器做什么操作
(1) 长度固定
(2) 长度可变
用于指令字长较长的情况
，RISC
如 IBM 350
操作码 8 位
操作码分散在指令字的不同字段中
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(3) 扩展操作码技术
操作码的位数随地址数的减少而增加
OP
A1
A2
A3
0000
0