第四章指令系统第五章中央处理器第六章总线系统第七章外围设备第八章输入输出系统第四章指令系统4.1指令系统的发展与性能要求3、低级语言与硬件结构的关系计算机的程序，就是人们把需要计算机解决的问题变换成计算机能够识别的一串指令或语句。编写程序的过程，称为程序设计，而程序设计所使用的工具则是计算机语言。4.2指令格式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。而机器字长是指计算机能直接处理的二进制数据的位数，它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。根据指令字长与机器字长的关系，可以将指令分类：（1）单字长指令：指令字长度等于机器字长度的指令；（2）双字长指令：指令字长度等于两个机器字长度的指令；（3）半字长指令：指令字长度等于半个机器字长度的指令。使用多字长的目的在于提供足够的地址位来解决访问内存任何单元的寻址问题。但是使用多字长指令的一个主要缺点是必须两次或多次访问内存以取出一整条指令，从而降低了CPU的运算速度，同时又占用了更多的存储空间。一个指令系统中，如果各种指令字长度是相等的，称为等长指令字结构，它们可以都是单字长指令或半字长指令。这种指令字结构简单，且指令字长度是不变的。如果各种指令字长度随指令功能而异，则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，但指令的控制较复杂。4、指令助记苻由于硬件只能识别1和0，所以采用二进制操作码是必要的，但是使用二进制来书写程序非常麻烦。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。这种缩写码叫做指令助记苻。由于指令助记苻提示了每条指令的意义，因此比较容易记忆，书写起来比较方便，阅读程序容易理解。需要注意的是，在不同的计算机中，指令助记苻的规定是不一样的。下面给出一个指令助记符的实例。典型的指令助记苻4.3指令和数据的寻址方式2、操作数寻址方式形成操作数（记为S）有效地址（记为E）的方法，称为操作数的寻址方式。由于指令中操作数字段的地址码是由形式地址和寻址方式特征位等组合形成，一般来说，指令中所给出的地址码，并不是操作数的有效地址，而是形式地址（记为D），也称偏移量，它是指令字结构中给定的地址量。因此，寻址过程就是把操作数的形式地址变换为操作数有效地址的过程。（1）隐含寻址：S＝（AC）（2）立即寻址：S=D（3）直接寻址：E=D（4）间接寻址：E=（D）（5）寄存器寻址和寄存器间接寻址：E=R；E=（R）（6）相对寻址：E=（PC）+D（7）基址寻址：E=(BR)+D（8）变址寻址：E=(IR)+D（9）块寻址：（10）段寻址：E=（段寄存器）×24＋（通用寄存器）3、寻址方式举例【例3】一种二地址RS型指令的结构如下所示：要求：（1）分析三种指令的指令格式与寻址方式特点。（2）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？（3）下列情况下，每个十六进制指令字分别代表什么操作？其中如果有编码不正确，如何改正才能成为合法指令？①(F0F1)H(3CD2)H②(2856)H③(6FD6)H④(1C2)H4.4堆栈寻址方式串联堆栈入栈操作示意图在设置堆栈时，只需指定一个堆栈的栈顶单元即可，不过存储器堆栈的栈顶不是固定的，而是由一个堆栈指示器指示的。堆栈指示器是一个专用寄存器，里面存放着一个存储单元的地址，这个地址就是堆栈的栈顶。可见，栈顶是通过堆栈指示器的改变而改变的，因此，存储器堆栈的栈顶是相对于数据进行移动的，而数据不作相对移动，这样，进出栈操作对数据没有破坏性。进栈操作：(A)→MSP，(SP)-1→SP；出栈操作：(SP)+1→SP，(MSP)→A4.5典型指令第五章中央处理器5.1CPU的功能和组成2、CPU的基本组成本章以CPU执行指令为主线，着重理解程序控制的思想，因此讨论内容仍以传统CPU为主。右图给出了一个典型的CPU模型，可见，它由控制器和运算器两大部分组成，与内存储器通过系统总线相连，一起构成了主机系统。控制器：它是发布命令的“决策机构”，即完成协调和指挥整个计算机系统的操作。它的主要功能有：（1）从内存中取出一条指令，并指出下一条指令在内存中的位置；（2）对指令进行译码或测试，并产生相应的操作控制信号，以便启动规定的动作；（3）指挥并控制CPU、内存和I/O设备之间数据流动的方向。运算器：它是数据加工处理部件，接受控制器的命令而进行动作，即运算器所进行的全部操作都是由控制器发出的控制信号来指挥的，所以，运算器是执行部件。其主要功能有：（1）执行所有的算术运算；（2）执行所有的逻辑运算，并进行逻辑测试。3、CPU中的主要寄存器（1）数据缓冲寄存器（DR