算机组成原理第七.pptx

指 令 系 统第 七 章第一页，共六十五页。1.什么叫机器指令？什么叫指令系统？为什么说指令系统与机器的主要功能以及与硬件结构之间存在着密切的关系？答：机器指令：把每一条机器语言的语句叫机器指令。指令系统：将全部机器指令的集合叫做机器的指令系统机器的指令系统集中反映了机器的功能。计算机设计者主要研究如何确定机器的指令系统，如何用硬件电路，芯片，设备来实现机器指令系统的功能，计算机的使用者则是依据机器提供的指令系统，使用汇编语言来编制各种程序。计算机使用者根据机器指令系统所描述的机器功能，能很清楚地了解计算机内部寄存器-存储器的结构。以及计算机能直接支持的各种数据类型。第二页，共六十五页。3.什么是指令字长、机器字长和存储字长？ 答：指令字长即指机器指令中含二进制代码的总位数。指令字长取决于从操作码的长度、操作数地址的长度和操作数地址的个数。不同的指令的字长是不同的。 存储字长指一个存储单元存储二进制代码的位数。 机器字长指CPU一次能处理中数据的位数你，通常与CPU中寄存器的位数有关。 三者位数可以相等，也可以不等。第三页，共六十五页。4. 零地址指令的操作数来自哪里？一地址指令的另一个操作数地址通常可采取什么寻址方式获得？各举一例说明。答：零地址指令的操作数来自堆栈的栈顶和次栈顶。一地址指令的另一个操作数通常可采用隐含寻址方式获得，即将另一操作数预先存放在累加器ACC中。第四页，共六十五页。 OP A1 A2 A3 6. 某指令系统字长为16位，地址码取4位，试提出一种方案，使该指令系统有8条三地址指令、16条二地址指令、100条一地址指令。 解：三地址指令格式如下： 4 4 4 4 解题思路：以三地址指令格式为该指令系统的基本格式。以此格式为基础，采用扩展操作码技术，设计出题意所要求的地址码结构的指令。 指令操作码分配方案如下：第五页，共六十五页。指令操作码分配方案4位OP0000，……， A1，A2，A3；8条三地址指令0111，1000，0000，……，……， A2，A3；16条二地址指令1000，1111，1001，0000，0000，……，……，……， A3；100条一地址指令1001，0110，0011，1001，0110，0100，……，……，……， 冗余编码1001，1111，1111， 可用来扩充一、零地址指令条数1010，……， 冗余编码1111， 可用来扩充三、二、一、零地址指令条数 第六页，共六十五页。 OP A1 A2 7. 设指令字长为16位，采用扩展操作码技术，每个操作数的地址为6位。如果定义了13条二地址指令，试问还可安排多少条一地址指令？ 解：二地址指令格式如下： 4 6 6 设二地址指令格式为该指令系统的基本格式，4位操作码共有16种编码，其中13种用来定义二地址指令，还剩3种可用作扩展标志。如不考虑零地址指令，该指令系统最多还能安排： 一地址指令条数 =3×26 =192条第七页，共六十五页。 8. 某机指令字长16位，每个操作数的地址码为6位，设操作码长度固定，指令分为零地址、一地址和二地址三种格式。若零地址指令有M种，一地址指令有N种，则二地址指令最多有几种？若操作码位数可变，则二地址指令最多允许有几种？ 解：1）若采用定长操作码时，二地址指令格式如下： 4 6 6 OP A1 A2 此时，无论指令中有几个地址，指令格式都不变。第八页，共六十五页。 设二地址指令有K种，则： K=24-M-N 当M=1（最小值），N=1（最小值）时，二地址指令最多有： Kmax=16-1-1=14种 2）若采用变长操作码时，二地址指令格式仍如1）所示，但操作码长度可随地址码的个数而变。此时， M=((24 -K)*26-N)*26 ，即 K= 24 -(N/26 + M/212 )； （N/26 + M/212 向上取整） 当（N/26 + M/212 ）? 1时，K最大，则二地址指令最多有： Kmax=16-1=15种（只留一种编码作扩展标志用。）第九页，共六十五页。 讨论：此时 一地址指令条数为： N=（24 - K）×26 - M/26； （ M/26向上取整）。 零地址指令条数为： M = 216 - 212K - 26N； 当K最大时（K=15），一地址指令最多有： Nmax=64 - 1=63种； 零地址指令最多有： Mmax=64种 注意：应首先