CU
Ⅰ. 机器指令
1.1 指令的一般格式
指令的一般格式1.1.1 操作码
反映机器做什么操作
- ①长度固定
- ②长度可变
- ③扩展操作码技术
扩展操作码技术
- (n+1)地址指令操作码每减少一种，就可以增加24种n地址指令操作码
- 根据指令操作码的使用频率，可采用哈夫曼树的方式对操作码进行编码，使得使用频率最高的采用短指令码
1.1.2 地址码
地址码的优化改进
- 四地址->三地址：将PC(程序计数器)代替A4
- 三地址->二地址：将结果A3用A1或A2代替，即将结果存于操作数所给内存单元
- 二地址->一地址：将ACC(累加器)中内容与内存单元所给出的操作数A1进行操作
- 一地址->零地址：当操作不需要给出操作数时，如将ACC中的内容取反，清零
1.2 指令字长
指令字长
Notes
小结
Ⅱ. 操作数类型和操作类型
2.1 操作数类型
- 地址：（相对地址）——（有符号整数）；（绝对地址）——（无符号整数）
- 数字：定点数、浮点数、十进制数
- 字符：用ASCII表示
- 逻辑数：逻辑运算
2.2 数据在存储器中的存放方式
a. 从任一位置开始：
- （顺序存储，见缝插针）不会浪费存储资源，但由于存储字长的不确定性，会导致除了访问一个字节外，访问其他内容均会花费两个周期的时间。读写控制较为复杂
b. 从一个存储字的起始位置开始：
从一个存储字的起始位置开始存储
- 可以看出采用这种存储方式，将会在一个存储周期的时间内访问任何一种类型的数据，读写控制简单；但缺点也显而易见，黑色部分表示被浪费的存储资源，而这种浪费对资源而言是巨大的
c. 边界对准方式：从地址的整数倍位置开始（如图）
边界对准方式
- 可以看出，虽然这种方法仍有不少存储资源被浪费，但相对而言，其是上述两种方法的折中，可以在一个存储周期内完成存储；在保证了效率的同时，存储空间的浪费也有所减少
2.3 操作类型
2.3.1 数据传送
数据传送2.3.2 算术逻辑操作
- 加、减、乘、除、增1、减1、求补、浮点运算、十进制、与、或、非、异或、位操作、位测试、位清除、位求反；如在8086中，ADD、SUB、MUL、DIV、INC、DEC、CMP、NEG、AAA、AAS、AAM、AAD、AND、OR、NOT、XOR、TEST
2.3.3 移位操作
- 算术移位
- 逻辑移位
- 循环移位（带进位和不带进位）
2.3.4 转移
转移操作
转移的调用和返回
转移的陷阱与陷阱指令2.3.5 输入输出
- 入——指的是端口中的内容输入到CPU的寄存器中
出——指的是CPU的寄存器中的内容输出为端口的内容
输入输出
Ⅲ. 寻址方式
确定本条指令的操作数地址 or 下一条要执行的指令的地址
为什么要在指令当中设置多种类型的寻址方式？
3.1 指令寻址
3.1.1 顺序寻址 [ (PC+1)→PC ]
- 由于指令的地址保存在PC中，当取完一条指令，将PC的内容加上“1”，再送入PC当中；这个“1”根据内存的编址单位进行确定（如果编址单位是字节，指令长度是32位，即4个字节，那么“1”代表的是4；如果指令长度是64位，即8个字节，那么“1”代表的是8）
3.1.2 跳跃寻址
由转移指令指出下一条指令的地址
跳跃寻址- 上述指令中，当运行至3 JMP指令时，由于JMP是一个无条件的转移指令，故会略去4，5，6的指令直接执行7 STA指令，随后继续顺序寻址执行8 LDA指令
3.2 数据寻址
数据寻址3.2.1 立即寻址
- 寻址特征为“#”；形式地址A即为操作数
立即寻址3.2.2 直接寻址
直接寻址3.2.3 隐含寻址
隐含寻址
- 结合前面学习的内容，可以得知在 ADD这个操作中，尽管只给出了一个操作数的地址，但其实还有一个操作数是存放于累加器ACC当中的，而这种隐含了一部分操作数的寻址方式即为隐含寻址
3.2.4 间接寻址
间接寻址
- 我们可以把间接寻址方式用编程语言中高级指针（二级以上指针）的概念联系起来，那么A表示的就是一个n级指针，它直接指向了操作数的n-1级地址，而不是操作数本身，需要对其地址进行多次寻址，找到真正的操作数
3.2.5 寄存器寻址
将寄存器编号作为有效地址，执行阶段不访存，只访问寄存器，执行速度快；并且寄存器个数有限，可以缩短指令字长
寄存器寻址3.2.6 寄存器间接寻址
与间接寻址类似，不过有效地址先由寄存器给出，再在寄存器对应的地址中找到内存对应的地址，重复间接寻址的方式直至找到操作数
寄存器间接寻址3.2.7 基址寻址
（1）采用专用寄存器作基址寄存器
基址寻址的第一种方式（2）采用通用寄存器作基址寄存器
基址寻址的第二种方式3.2.8 变址寻址
变址寻址
- 类似基址寻址，不过其"R0"是隐含给出的，直接给出A并与这个IX（隐含的"R0"）相加得到操作数地址，按地址即可找到操作数；并且在IX的内容可变，从而使得其在应对数组处理问题时更为简便
例：设数据块首地址为D，求N个数的平均值
解：
第①种方法：直接寻址
第②种方法：
首先以立即数寻址的方式把ACC进行清零[LDA #0]，再把IX清零[LDX #0]；把ACC中的内容与给定内存单元D中的内容作加法[ADD X，D]，此时变址寄存器中的内容X仍为0；增加变址寄存器的值，使变址寄存器的值由0变为1[INX]；判断变址寄存器的值是否为N[CPX #N]，如果不等，跳转为M指令：M:（ADD X，D）[BNE M]；计算平均值[DIV #N]，随后进行保存[STA ANS]，一共只需要8条指令
变址寻址
3.2.9 相对寻址
相对当前的PC值进行寻址
相对寻址3.2.10 堆栈寻址
堆栈寻址
- 对于入栈操作，若SP的记录原先为2000H，一个数据入栈，那么SP的值应-1变为栈顶数据的地址，即1FFFH；对于出栈操作，若SP的记录原先为1FFFH，一个数据出栈，那么SP的值应+1变为栈顶数据的地址，即2000H
- 对于每次出入栈引起的SP记录值的改变，其增减的“1”是同主存编址方式相关的
SP的修改影响因素
Ⅳ. 指令格式举例
4.1 设计指令格式应考虑的各种因素
4.1.1 指令系统的兼容性
4.1.2 其他因素
- 操作类型：包括指令数及操作的难易程度
- 数据类型：确定哪些数据类型可以参与操作
- 指令格式：包括指令字长，操作码位数，地址码位数，地址个数，寻址方式类型，以及指令字长和操作码位数是否可变等
- 寻址方式：包括指令和操作数具体有哪些寻址方式
- 寄存器格式：寄存器的多少直接影响指令的执行时间
Ⅴ. RISC技术
RISC : 精简指令集计算机(Reduced Instruction Set Computer)
RISC的主要特征
RISC的主要特征RISC和CISC的比较
RISC和CISC的比较
Written by Tknight9 ©
Written in 12/18/2020
