計(jì)算機(jī)組成原理指令系統(tǒng)(part3).ppt

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計(jì)算機(jī)組成原理與匯編語(yǔ)言(2006級(jí)),北航計(jì)算機(jī)學(xué)院劉旭東Tel：82316285Mail：liuxdliuxd,第三部分指令系統(tǒng),一、指令格式二、指令系統(tǒng)舉例三、指令系統(tǒng)設(shè)計(jì),1.1指令系統(tǒng)概述,指令系統(tǒng)的基本問(wèn)題操作類型：應(yīng)該提供那些（多少）操作？用LD/ST/INC/BRN已經(jīng)足夠編寫(xiě)任何計(jì)算程序，但不實(shí)用，程序太長(zhǎng)。操作對(duì)象：如何表示？可以表示多少？大多數(shù)是雙值運(yùn)算（如AB+C)存在單值運(yùn)算（如AB)指令格式：如何將這些內(nèi)容編碼成一致的格式？指令長(zhǎng)度、字段、編碼等問(wèn)題,1.1指令系統(tǒng)概述,機(jī)器指令的要素操作碼(OperationCode)：指明進(jìn)行的何種操作（如ADD,MOV，I/O）源操作數(shù)地址(SourceOperandReference)：參加操作的操作數(shù)的地址，可能有多個(gè)。目的操作數(shù)地址(DestinationOperandReference)：保存操作結(jié)果的地址。下一條指令的地址(NextInstructionReference)：指明下一條要運(yùn)行的指令的位置，一般指令是按順序依次執(zhí)行的，所以絕大多數(shù)指令中并不顯示的指明下一條指令的地址，也就是說(shuō)，指令格式中并不包含這部分信息。只有少數(shù)指令需要顯示指明下一條指令的地址。,1.1指令概述,操作數(shù)的位置存儲(chǔ)器（存儲(chǔ)器地址）寄存器（寄存器地址）輸入輸出端口（輸入輸出端口地址）,1.1指令系統(tǒng)概述,Applications,OS,Compiler,InstructionSetArchitecture（ISA）,InstructionProcessing,Input/Output,Hardwarelayersfordesignabstraction,Datapath&Control,DigitalDesign,CircuitDesign,Softwarelayersofabstraction,指令集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(ISA),1.1指令系統(tǒng)概述,指令集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（ISA）種類大部分ISA都可歸類為通用寄存器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Register-Memory式ISA（如80X86）多種指令可以訪問(wèn)內(nèi)存；存在寄存器操作數(shù)和內(nèi)存操作數(shù)直接運(yùn)行的指令；Load-Store式ISA（如MIPS）只有裝載（LOAD）和存儲(chǔ)（STORE）指令可以訪問(wèn)內(nèi)存運(yùn)算指令操作數(shù)全部為寄存器操作數(shù)；Load-Store是ISA的一種趨勢(shì),1.1指令系統(tǒng)概述,寄存器寄存器簡(jiǎn)單、固定長(zhǎng)度編碼、指令執(zhí)行時(shí)鐘數(shù)基本一致與可以訪問(wèn)存儲(chǔ)單元的結(jié)構(gòu)相比，需要更多指令總數(shù)寄存器存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)無(wú)需預(yù)先裝入就可用，可產(chǎn)生較好的指令密度二元操作源操作數(shù)被破壞操作數(shù)的位置可能使指令執(zhí)行時(shí)鐘數(shù)多樣化存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器最緊湊，不會(huì)因?yàn)橹虚g存儲(chǔ)浪費(fèi)寄存器指令系統(tǒng)長(zhǎng)度變化大（考慮3操作數(shù)指令）存儲(chǔ)器訪問(wèn)成為瓶頸,1.1指令系統(tǒng)概述,通用寄存器的優(yōu)勢(shì)寄存器比存儲(chǔ)器快寄存器便于編譯器使用寄存器可以保存變量減少存儲(chǔ)器訪問(wèn)，提高速度提高代碼密度，寄存器地址比存儲(chǔ)器地址短,1.1指令系統(tǒng)概述,指令類型數(shù)據(jù)傳輸指令：寄存器與存儲(chǔ)器之間，寄存器之間傳遞數(shù)據(jù)；算術(shù)/邏輯運(yùn)算指令：寄存器（或存儲(chǔ)器）中整型數(shù)或邏輯型數(shù)據(jù)的運(yùn)算操作。程序控制指令：控制程序執(zhí)行順序，條件轉(zhuǎn)移或跳轉(zhuǎn)，子程序調(diào)用和返回等；浮點(diǎn)運(yùn)算指令：處理浮點(diǎn)數(shù)的運(yùn)算。,1.2指令格式,操作數(shù)的類型地址（操作數(shù)地址，指令地址）數(shù)值（整型數(shù)或定點(diǎn)數(shù)，浮點(diǎn)數(shù)，十進(jìn)制數(shù)）字符邏輯型數(shù),1.2指令格式,地址的數(shù)目三地址：Des(Sur1)OP(Sur2),雙地址：Des(Sur)OP(Des),單地址：累加器作為其中一個(gè)操作數(shù)的雙操作數(shù)型，或單操作數(shù)型,無(wú)地址：隱含操作數(shù)型，或無(wú)操作數(shù)型,OP,1.2指令格式,操作碼結(jié)構(gòu)固定長(zhǎng)度操作碼：操作碼長(zhǎng)度（占二進(jìn)制位數(shù)）固定不變。硬件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單指令譯碼時(shí)間開(kāi)銷較小指令空間效率較低可變長(zhǎng)度操作碼：操作碼長(zhǎng)度隨指令地址數(shù)目的不同而不同。硬件設(shè)計(jì)相對(duì)復(fù)雜指令譯碼時(shí)間開(kāi)銷較大指令空間利用率較高指令長(zhǎng)度定長(zhǎng)指令系統(tǒng)變長(zhǎng)指令系統(tǒng)：一般為字節(jié)的整數(shù)倍,1.2指令格式,關(guān)于指令擴(kuò)展操作碼的舉例1.設(shè)某機(jī)器采用固定長(zhǎng)度指令系統(tǒng)，指令長(zhǎng)度為16位，包括3地址指令15條、雙地址指令10條和若干單地址指令，假定每個(gè)地址占4位，請(qǐng)問(wèn)，該指令系統(tǒng)最多可以容納多少單地址指令，并設(shè)計(jì)該指令系統(tǒng)的操作碼編碼方案。,基本思路1.每一條指令需要一個(gè)唯一的操作碼編碼。2.不同類型的指令應(yīng)該具有不同的標(biāo)識(shí)。3.采用擴(kuò)展操作碼方案。,1.3尋址方式,尋址：根據(jù)形式地址查找到操作數(shù)的過(guò)程。,形式地址與有效地址形式地址：指令中直接給出的地址編碼。有效地址：根據(jù)形式地址和尋址方式計(jì)算出來(lái)的操作數(shù)在內(nèi)存單元中的地址。,有效地址：操作數(shù)Data的內(nèi)存單元地址Add,1.3尋址方式,尋址方式定義：指令代碼中地址字段的一部分，指明操作數(shù)的獲取方式或操作數(shù)地址的計(jì)算方式。指令中每一個(gè)地址字段均有其尋址方式編碼（或隱含尋址方式）,目的地址,源地址,1.3尋址方式,指令代碼和尋址描述中有關(guān)縮寫(xiě)的約定OP：操作碼Des：目的操作數(shù)地址Sur：源操作數(shù)地址A或Add：形式地址（內(nèi)存地址）Mod：尋址方式Rn：通用寄存器Rx：變址寄存器Rb：基址寄存器SP：堆棧指針（寄存器）EA：有效地址Data：操作數(shù)Operand：操作數(shù)（X）：表示對(duì)象X的內(nèi)容（值），如（Rn）表示寄存器Rn的內(nèi)容（值），（A）：內(nèi)存中地址為A的單元的內(nèi)容。Imme.Data：立即數(shù)XXH：16進(jìn)制數(shù)XX,1.3尋址方式,立即尋址操作數(shù)直接在指令代碼中給出。,說(shuō)明立即尋址只能作為雙操作數(shù)指令的源操作數(shù)。Operand=Imme.Data例：MOVAX,1000H,思考立即尋址的操作數(shù)在什么地方，存儲(chǔ)器or寄存器？立即數(shù)的地址？,1.3尋址方式,寄存器直接尋址操作數(shù)在寄存器中，指令地址字段給出寄存器的地址（編碼）EA=Rn,Operand=(Rn)例：MOVBX,AX,Data,1.3尋址方式,存儲(chǔ)器直接尋址操作數(shù)在存儲(chǔ)器中，指令地址字段直接給出操作數(shù)在存儲(chǔ)器中的地址EA=A,Operand=(A)例：MOVAX,1000H,Data,1.3尋址方式,寄存器間接尋址操作數(shù)在存儲(chǔ)器中，指令地址字段中給出的寄存器的內(nèi)容是操作數(shù)在存儲(chǔ)器中的地址。EA=(Rn),Operand=(Rn)例：MOVAX,BX,Data,1.3尋址方式,存儲(chǔ)器間接尋址操作數(shù)在存儲(chǔ)器中，指令地址字段中給出的存儲(chǔ)器地址的單元內(nèi)容是操作數(shù)在存儲(chǔ)器中的地址。EA=(A1),Operand=(A1)例：MOVR1,(1000H)PDP-11的指令,Data,1.3尋址方式,基址尋址操作數(shù)在存儲(chǔ)器中，指令地址字段給出一基址寄存器和一形式地址，基變址寄存器的內(nèi)容與形式地址之和是操作數(shù)的內(nèi)存地址。EA=(Rb)+A,Operand=(Rb)+A)例：MOVAX,1000HBX,Data,基址尋址的作用：較短的形式地址長(zhǎng)度可以實(shí)現(xiàn)較大的存儲(chǔ)空間的尋址。,1.3尋址方式,變址尋址操作數(shù)在存儲(chǔ)器中，指令地址字段給出一變址寄存器和一形式地址，變址寄存器的內(nèi)容與形式地址之和是操作數(shù)的內(nèi)存地址。EA=(Rx)+A,Operand=(Rx)+A)有的系統(tǒng)中，變址尋址完成后，變址寄存器的內(nèi)容將自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整。Rx(Rx)+（操作數(shù)Data的字節(jié)數(shù)）例：MOVAX,1000HDI,Data,變址尋址的作用：數(shù)組操作，串操作,1.3尋址方式,相對(duì)尋址基址尋址的特例，由程序計(jì)數(shù)器PC作為基址寄存器，指令中給出的形式地址作為位移量，二者之和是操作數(shù)的內(nèi)存地址。EA=(PC)+A,Operand=(PC)+A)例：JNEA,Data,1.3尋址方式,堆棧尋址堆棧的結(jié)構(gòu)：一段內(nèi)存區(qū)域。棧底，棧頂，堆棧指針(SP)：是一個(gè)特殊寄存器部件,指向棧頂堆棧操作：PUSH(從寄存器到堆棧)，POP(從堆棧到寄存器),1.3尋址方式,堆棧尋址壓棧操作：PUSHRn，假定寄存器Rn為16位寄存器(SP)(Rn),SP(SP)-2,Data,1.3尋址方式,堆棧尋址出棧操作：POPRn，假定寄存器Rn為16位寄存器SP(SP)+2，Rn(SP),Data,1.3尋址方式,頁(yè)面尋址將程序計(jì)算器PC的高位部分與形式地址拼接形成操作數(shù)的有效地址。EA(PC)H,拼接A內(nèi)存分位若干頁(yè)，(PC)H,指明頁(yè)地址，形式地址A表明頁(yè)內(nèi)的位移量,Data,1.3尋址方式,AddressingModeUsage3programsmeasuredonmachinewithalladdressingmodes-Displacement（基址）42%avg,32%to66%-Immediate（立即）33%avg,17%to43%-Registerindirect:13%avg,3%to24%-Scaled（基址變址）7%avg,0%to16%-Memoryindirect:3%avg,1%to6%-Misc:2%avg,0%to3%75%displacement&immediate88%displacement,immediate®isterindirect,1.3尋址方式,關(guān)于立即數(shù)（Immediate)5060：小于等于8位7580：小于等于16位關(guān)于位移量（Displacement）大部分情況為：1216位,1.3指令類型,數(shù)據(jù)傳送指令：Move,Store,Load,Set,Clear,Exchange算術(shù)運(yùn)算指令：包括定點(diǎn)數(shù)、浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算和十進(jìn)制數(shù)運(yùn)算邏輯運(yùn)算指令：And,Or,Not,Xor,Compare,Test移位指令算術(shù)移位，邏輯移位，循環(huán)移位程序控制類指令幾個(gè)重要的寄存器：程序計(jì)數(shù)器PC，程序狀態(tài)字PSW（或標(biāo)志寄存器），堆棧指針SP轉(zhuǎn)移指令：無(wú)條件轉(zhuǎn)移指令，有條件轉(zhuǎn)移指令循環(huán)控制指令（LOOP）子程序調(diào)用與返回指令（CALL，RET）程序中斷指令及返回（INT，IRET）串操作指令（MOVSB，MOVSW）I/O指令：IN，OUT堆棧指令：PUSH，POP,1.3指令類型,80X86使用最多的10條指令,一、指令格式二、指令系統(tǒng)舉例三、指令系統(tǒng)設(shè)計(jì),2.180868088指令系統(tǒng):CPU與存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu),80868088CPU寄存器結(jié)構(gòu),2.180868088指令系統(tǒng):CPU與存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu),存儲(chǔ)器及其存儲(chǔ)器地址結(jié)構(gòu)主存容量為1M（220），可直接訪問(wèn)的主存物理地址為20位。超過(guò)1M的存儲(chǔ)空間通過(guò)其他方式訪問(wèn)。80868088機(jī)器字長(zhǎng)16位，所有寄存器長(zhǎng)度位16位，數(shù)據(jù)總線16位。主存采用分段的結(jié)構(gòu)主存存儲(chǔ)單元的地址構(gòu)成：段基址（16bits）:段內(nèi)偏移（16bits）可執(zhí)行程序（.EXE）的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)：代碼段(CodeSegment)，數(shù)據(jù)段(DataSegment)，堆棧段(StackSegment)，擴(kuò)展數(shù)據(jù)段（可選）命令程序（.COM）的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)：代碼段，數(shù)據(jù)段和堆棧段必須是同一個(gè)段。所以命令程序最大為64KB存儲(chǔ)空間。,2.180868088指令系統(tǒng):CPU與存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu),存儲(chǔ)器地址結(jié)構(gòu)與計(jì)算,2.180868088指令系統(tǒng):CPU與存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu),存儲(chǔ)器單元結(jié)構(gòu)按字節(jié)單元編址,字節(jié)單元（2000H）20H（2001H）10H,字單元（2000H）1020H（2004H）5060H,雙字單元（2000H）30401020H,2.280868088指令系統(tǒng):寄存器,通用寄存器：數(shù)據(jù)寄存器(DataRegister)AX，BX，CX，DX（16位）；AH，AL，BH，BL，CH，CL，DH，DL（8位）各寄存器原則上沒(méi)有固定的應(yīng)用AX：累加器BX：基址寄存器CX：計(jì)數(shù)器DX：數(shù)據(jù)寄存器,2.280868088指令系統(tǒng)：寄存器,通用寄存器：指針寄存器(PointerRegister)堆棧指針：SP（16位）基址指針：BP（16位），默認(rèn)指向堆棧段,通用寄存器：變址寄存器(IndexRegister)SI，DI：16位一般情況下，二者使用上無(wú)差異，在串操作中，SI對(duì)應(yīng)源操作數(shù)，DI對(duì)應(yīng)目的操作數(shù),2.280868088指令系統(tǒng):寄存器,通用寄存器：段寄存器(SegmentRegister)代碼段(CodeSegment)，數(shù)據(jù)段（DataSegment），堆棧段（StackSegment），擴(kuò)展數(shù)據(jù)段（ExtenddataSegment）代碼段寄存器：CS（16bits）數(shù)據(jù)段寄存器：DS（16bits）堆棧段寄存器：SS（16bits）擴(kuò)展段寄存器：ES（16bits）,2.280868088指令系統(tǒng):寄存器,指令指針I(yè)P（InstructionPointer）IP（16bits)指向代碼段中下一條要執(zhí)行的指令。CS:IP形成下一次要執(zhí)行的指令的內(nèi)存地址。,標(biāo)志寄存器FLAGS（FlagsRegister）16位，記錄當(dāng)前CPU運(yùn)行程序的各種狀態(tài)進(jìn)位標(biāo)志位CF（CarryFlag）奇偶標(biāo)志位PF（ParityFlag）輔助進(jìn)位標(biāo)志位AF（AuxitiaryFlag）零值標(biāo)志位ZF（ZeroFlag）符號(hào)標(biāo)志位SF（SignFlag）溢出標(biāo)志位OF（OverflowFlag）單步跟蹤標(biāo)志位TF（TraceFlag）中斷允許標(biāo)志位IF（Interrupt-enableFlag）方向標(biāo)志位DF（DirectionFlag）,2.380868088指令系統(tǒng):尋址方式,立即尋址MOVAX,1234H（指令代碼：B83412H）,2.380868088指令系統(tǒng):尋址方式,寄存器（直接）尋址MOVAX,BX（指令代碼：89D8H）,2.380868088指令系統(tǒng):尋址方式,（存儲(chǔ)器）直接尋址MOVAX,0100H（指令代碼：A10001H）等價(jià)于MOVAX,DS:0100HEA=DS:0100H,2.380868088指令系統(tǒng):尋址方式,寄存器間接尋址MOVAX,BX（指令代碼：8B07H）等價(jià)于MOVAX,DS:BXEA=DS:(BX),MOVBH,BP=MOVBH,SS:BPMOVCX,SI=MOVCX,DS:SIMOVDI,BX=MOVDS:DI,BX,2.380868088指令系統(tǒng):尋址方式,基址（變址）尋址MOVAX,1000HBX（指令代碼：8B870001H）等價(jià)于MOVAX,DS:BX1000HEA=DS:(BX)+1000H,2.380868088指令系統(tǒng):尋址方式,基址變址尋址MOVAX,1000HBXSI（指令代碼：8B800001H）等價(jià)于MOVAX,DS:BX+SI+1000HEA=DS:(BX)+(SI)+1000H基址寄存器只能選：BX，BP變址寄存器只能選：SI，DI基址寄存器BX：默認(rèn)DS段基址寄存器BP：默認(rèn)SS段,MOVAX,10HBXDI=MOVAX,DS:BX+DI+10HMOVAL,20HBPSI=MOVAL,SS:BP+SI+20H,2.380868088指令系統(tǒng):尋址方式,串操作尋址串操作指令（MOVSBMOVSW）隱含的尋址方式源操作數(shù)地址DS:(SI)目的操作數(shù)地址ES:(DI)尋址完成后SI，DI自動(dòng)調(diào)整（根據(jù)方向標(biāo)志位DF調(diào)整）,MOVSI,1000HMOVDI,3000HMOVCX,0100HCLDREPMOVSB,2.380868088指令系統(tǒng):尋址方式,I/O尋址I/O指令特有的尋址方式INAL,DXOUTDX,ALI/O端口地址：12位端口地址I/O端口：I/O接口部件中可訪問(wèn)的空間（寄存器）,向COM1口發(fā)送字符AMOVDX,3F8HMOVAL,41HOUTDX,AL,2.480868088指令系統(tǒng):指令格式與編碼,一般雙操作數(shù)指令格式與編碼RR型或RS型，必有一個(gè)操作數(shù)在寄存器中（寄存器直接尋址）長(zhǎng)度26個(gè)字節(jié)（前2個(gè)字節(jié)必須）Opcode：操作碼（6位）d:方向字段（1位）。在第二個(gè)字節(jié)中，REG確定一個(gè)操作數(shù)（寄存器直接尋址），MOD和R/M確定另一個(gè)操作數(shù)的尋址方式。方向字段d表明REG確定的是源操作數(shù)還是目的操作數(shù)。d=1,REG確定目的操作數(shù)，MOD+R/M確定源操作數(shù)d=0,REG確定源操作數(shù)，MOD+R/M確定目的操作數(shù)W：字字節(jié)字段（1位）：操作數(shù)是字節(jié)（8位）還是字（16位）W=1，字（16位）W=0，字節(jié)（8位）,2.480868088指令系統(tǒng):指令格式與編碼,一般雙操作數(shù)指令格式與編碼（續(xù)）REG：寄存器字段，指明兩個(gè)操作數(shù)中寄存器直接尋址的那個(gè)操作數(shù)。與W字段配合使用。,2.480868088指令系統(tǒng):指令格式與編碼,一般雙操作數(shù)指令格式與編碼（續(xù)）MOD和R/M：確定另外一個(gè)操作數(shù)。,2.480868088指令系統(tǒng):指令格式與編碼,一般雙操作數(shù)指令格式與編碼（續(xù)）位移量部分：8位或16位，或者無(wú)。立即數(shù)：8位或16位，或者無(wú)。,2.480868088指令系統(tǒng):指令格式與編碼,指令編碼舉例MOVAX，1000HBXSIMOV的操作碼Opcdoe100010d=1：目的操作數(shù)是寄存器直接尋址W=1：16位字操作REG=000：表示AXMOD=10,R/M=000：另一個(gè)操作數(shù)EA=(BX)+(SI)+1000H指令前兩個(gè)字節(jié)1000101110000000（8B80H）4字節(jié)指令編碼：8B800010H,2.480868088指令系統(tǒng):指令格式與編碼,與累加器（AX或AL）相關(guān)雙操作數(shù)的指令A(yù)X（AL）：寄存器直接尋址另一操作數(shù)：存儲(chǔ)器直接立即數(shù)指令代碼中省略累加器編碼字段，采用特定的操作碼以區(qū)別于其他雙操作數(shù)指令。1010001：MemAcc1010000：AccMem,指令：MOVAX,1000H指令代碼：101000010000000000010000,2.480868088指令系統(tǒng):指令格式與編碼,其他指令格式單操作數(shù)指令編碼格式與立即數(shù)相關(guān)的指令的特定格式,單操作數(shù)指令,2.580868088指令系統(tǒng):指令類型,指令類型傳送指令：MOV，XCHG，LDS，LEA算術(shù)運(yùn)算指令：ADD，INC，SUB，CMP等邏輯運(yùn)算指令：AND，OR，NOT，TEST等處理器控制指令：CLC，STC，CLI，STI，CLD，NOP等程序控制指令：CALL，RET，JMP，JNE，INT，IRET等串指令：MOVSB，MOVSW等I/O指令：IN，OUT,2.6MIPS指令格式簡(jiǎn)介,MIPSR系列寄存器RISC處理器2328bitBytes3232bitGPRs3232bitFPRsHI,LO,PC,2.6MIPS指令格式簡(jiǎn)介,MIPS寄存器使用的約定,2.6MIPS指令格式簡(jiǎn)介,MIPS指令格式32位固定長(zhǎng)度指令格式（3種格式類型）最多3地址指令：add$t0,$s1,$S2($t0$s1+$s2)對(duì)于Load/Store指令，單一尋址模式：BaseDisplacement沒(méi)有間接尋址16位立即數(shù)簡(jiǎn)單轉(zhuǎn)移條件（與0比較，或者比較兩個(gè)寄存器是否相等）無(wú)條件碼,2.6MIPS指令格式簡(jiǎn)介,MIPS指令格式Op：6bits,OpcdoeRs:5bits,ThefirstregistersourceoperandRt:5bits,ThesecondregistersourceoperandRd:5bits,TheregisterdestinationoperandShamt:5bits,Shiftamount(shiftinstruction)Func:6bits,functioncode(anotherOpcode),2.6MIPS指令格式簡(jiǎn)介,MIPS尋址方式,2.6MIPS指令格式簡(jiǎn)介,MIPS指令類型,2.6MIPS指令格式簡(jiǎn)介,2.6MIPS指令格式簡(jiǎn)介,RSIC的指令系統(tǒng)的特點(diǎn)處理器通用寄存器數(shù)量較多由使用頻率較高的簡(jiǎn)單指令構(gòu)成；指令字長(zhǎng)固定，操作碼固定；指令格式種類少，尋址方式種類少；訪問(wèn)內(nèi)存僅限Load/Store指令，其他操作針對(duì)寄存器；指令采用流水技術(shù),2.7PDP-11指令格式簡(jiǎn)介,PDP-11寄存器機(jī)器字長(zhǎng)16位816bitsGPRs,(一個(gè)作SP，一個(gè)作PC）指令字長(zhǎng)：16位、32位和48位三種；采用擴(kuò)展操作碼13類指令，零地址、單地址和雙地址包括RR型、RS型和SS型雙操作數(shù)指令（R：寄存器，S：存儲(chǔ)器）指令格式比較復(fù)雜尋址方式：立即、寄存器直接、寄存器間接、存儲(chǔ)器直接、存儲(chǔ)器間接、基址、自增變址、自減變址、基址變址、基址變址間接等,2.7PDP-11指令格式簡(jiǎn)介,PDP11指令格式,一、指令格式二、指令系統(tǒng)舉例三、指令系統(tǒng)設(shè)計(jì),3.1指令系統(tǒng)的設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)依據(jù)操作特性：不同操作的數(shù)量，具體是些什么操作，復(fù)雜程度等。數(shù)據(jù)類型：各種操作所處理的數(shù)據(jù)的類型。指令格式：指令長(zhǎng)度，地址數(shù)目，指令中不同域的大小等。寄存器數(shù)目：CPU中可以直接訪問(wèn)的寄存器的數(shù)目及使用方法。尋址(Addressing)：操作數(shù)的尋址方式。,3.1指令系統(tǒng)的設(shè)計(jì),指令設(shè)計(jì)的相關(guān)因素操作類型的數(shù)量：決定操作碼的位數(shù)。操作數(shù)的數(shù)量：采用幾個(gè)操作數(shù)，每個(gè)操作數(shù)均應(yīng)包括尋址模式編碼。有時(shí)操作數(shù)是隱含的。尋址方式數(shù)量：有時(shí)尋址方式可以是隱含的（由操作碼決定）。寄存器數(shù)量：確定寄存器編碼的位數(shù)。地址范圍：存儲(chǔ)器直接尋址很少見(jiàn)，但變址（或基址）尋址時(shí)，較大的尋址范圍必須以較多的displacement位數(shù)為前提。編址粒度(AddressGranularity)：字節(jié)編址或字編址。字節(jié)編址方便，但要以更多的地址位數(shù)為代價(jià)。,3.1指令系統(tǒng)的設(shè)計(jì),指令設(shè)計(jì)指令編碼設(shè)計(jì)首先考慮指令編碼中的固定不變的部分，然后考慮可變的部分。指令編碼中的固定部分：指令系統(tǒng)方案確定后不可能發(fā)生變化的部分。操作碼（數(shù)量，位數(shù)，編碼）尋址方式（數(shù)量，位數(shù)，編碼）寄存器（數(shù)量，位數(shù)，編碼）不同指令所涉及的地址數(shù)量如果代碼大小至關(guān)重要：使用可變長(zhǎng)度指令格式如果性能至關(guān)重要：使用固定長(zhǎng)度指令格式,3.1指令系統(tǒng)的設(shè)計(jì),指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例某機(jī)字長(zhǎng)為16位，數(shù)據(jù)總線16位，內(nèi)存容量64KB，8個(gè)16位通用寄存器R0R7。指令系統(tǒng)基本要求是：四種尋址方式：立即尋址，寄存器直接尋址，寄存器間接尋址，變址尋址；立即數(shù)和變址尋址時(shí)位移量disp均可達(dá)16位。32條雙操作數(shù)指令（其中必有一操作數(shù)是寄存器直接尋址）。128條單操作數(shù)指令。,3.1指令系統(tǒng)的設(shè)計(jì),指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例（續(xù)）雙操作數(shù)指令格式,