第四章指令系统※指令系统定义：机器指令—要求硬件直接实现某种运算或操作的命令；指令系统—所有机器指令的集合。一、指令功能2、指令的操作*指令操作类型—软件中使用频率较高的基本操作；如数据传送、算逻运算、转移控制等种类(2)算术逻辑运算*操作功能：算术运算—加、减、乘、除、+1、-1、求补等；如：R0←(R1)+[0100H]、R2←(R2)+1逻辑运算—与、或、非等；如：R0←(R0)&(R1)、R0←~(R0)(3)转移操作*操作功能：改变程序的逻辑顺序(即下条指令地址→PC)，有条件转移、无条件转移、调用、返回等种类；*操作数：显式—指令的绝对地址或相对地址(偏移量)，隐式—状态寄存器的状态、堆栈的顶部内容；*显式操作数个数：1个或0个二、指令格式1、操作码字段*功能：用编码指明(约定)操作的性质,包括操作类型、操作数类型及长度3个方面；*操作类型编码方法：性能参数—规整性、程序中指令的平均操作码长；└→影响译码复杂度└→影响程序空间大小2、地址码字段*功能：用编码指明各操作数的地址、源/目标属性，指明下条指令地址；例3—续例1，指令系统规定指令≤2个地址码，若加法、移位、逻辑非操作的地址码个数分别为2个、2个、1个，请说明如何约定地址码个数及源/目标属性？3、指令字*组成：由操作码及地址码组成，操作码在指令字前部；解：⑴操作码长度=16-6-6=4，双地址指令种数=24-P-Q；§4.2操作数存放与寻址方式2、数据在存储器中的存放方式基础—存储字长＝最短的数据长度；边界不对齐方式4、堆栈存取方式*寄存器堆栈：--用移位REG实现，面向硬件组成特征—大小及栈顶固定，例1—设主存按字节编址，指令系统约定数据在MEM中采用小端次序存放，MEM堆栈数据长度为2B、入栈时SP递减移动。若栈底指向003FH、(R0)=0010H、(R1)=0020H，请画出空堆栈、R0入栈、R1入栈、R2←出栈时，SP及栈顶内容的变化情况。二、寻址方式1、指令寻址方式*指令种类：顺序型指令、转移型指令；CALL2010D←B/100…B←0C←100B←B+A[C]C←C-1JZ2016JMP-4RETURN2、数据寻址方式*目标：缩短指令中地址码长度，方便编译程序生成代码(3)直接寻址方式主存操作数EA为形式地址本身，即程序逻辑地址。(5)寄存器间接寻址方式主存操作数EA为形式地址对应的地址REG内容。(8)相对寻址方式主存中指令EA为PC内容加上偏移量的结果。例3—设计算机主存按字节编址，相对寻址的转移指令格式如下：CPU取指令时每取出一个字节自动完成PC←(PC)＋1。若0100H、0101H两个存储单元中存放的是相对寻址的转移指令。①若该转移指令的转移目标指令地址EA=0120H，则[0101H]=？②若[0101H]=92H，则该转移指令的转移目标指令地址EA=？9、隐含寻址方式操作数地址由指令操作码隐含约定，与地址码无关。例4—某计算机主存按字节编址、有符号定点数采用原码编码，有基址REG和变址REG各1个(分别记为RB和RI)，单地址指令格式如右图所示，设(RB)=0037H、(RI)=1122H、(PC)=1234H，请计算MEM中指令内容为①4428H②2244H③1392H④3592H的操作数或EA。例5—某CPU中有4个数据REG(R0～R3)、CPU字长为8位、主存按字节编址、有符号定点数采用原码编码，取指令时每取一个字节自动完成PC←(PC)+1，指令系统的部分指令格式如下图所示。解—⑴操作码：变长，目标操作数：约定在首个地址码中，寻址方式位：指令只有一种寻址方式时隐含表示；§4.3指令格式举例2、指令格式优化方法--指令格式目标实现方法*可分开存放操作码：利于提高规整性二、Pentium指令系统2、指令格式有近200条指令；采用变长指令格式(以字节为基本单位)。*指令本身的相关约定：①地址码个数—≤2个，其中IMME型及MEM型均≤1个；*指令本身的操作码字段：*指令本身的地址码字段：目标操作数约定—同时支持REG型和R/M型时，用D位指明例2—某8位字长的模型机中，主存按字节编址，CPU中有8个数据REG和2个变址REG。所有的7种双操作数操作的使用频率分别为0.35、0.25、0.20、0.10、0.05、0.03、0.02。(1)若约定：操作码为2种长度的霍夫曼等长扩展编码，请写出各指令操作码；(2)若约定：上述短操作码对应的是8位REG-REG型指令，长操作码对应的是16位REG-MEM型指令；MEM型地址码采用变址+偏移寻址方式，即EA=(REGI)+DSP，偏移量DSP的范围不小于±63；REG型、MEM型操作