文檔介紹：

第五章 指令系統

5.9 IBM大型機指令系統簡介

5.1 指令系統概述

5.2 指令格式

5.3 數據在內存中的存放格式

5.4 指令的尋址方式(編碼方式)

5.5 指令的類型

5.6 指令系統的兼容性

5.7 精簡指令系統計算機(RISC)

5.8 Pentium微處理器指令系統簡介

計算機組成原理課件05指令系統

2021/6/28

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5.1 指令系統概述

計算機系統中運行的軟件有系統軟件和應用軟件兩種。

系統軟件對整個計算機系統進行調度、管理、監視、服務，為用戶提供使用方便，擴大機器功能，提高機器使用效率。

應用軟件是用戶針對某種領域實際應用需求而開發的軟件。 許多通用商品化的應用軟件現已成為系統軟件,如Word等。

前述所有各種軟件的設計基礎就是計算機的指令系統。

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名詞解釋：

指令：命令計算機直接進行某種基本操作的二進制代碼串,也叫機器語言代碼。每條指令可以完成一個獨立的算術運算或邏輯運算操作。

從計算機組成的層次結構來說，計算機的指令有微指令、機器指令和宏指令。微指令是微程序級的命令，它屬于硬件；宏指令是由若干條機器指令組成的軟件指令，它屬于軟件；而機器指令則介于微指令與宏指令之間。

指令系統：一臺計算機能直接理解與執行的全部指令的集合稱為該機的指令系統，也叫機器語言。指令系統是進行計算機邏輯設計和編制程序的基本依據。它直接說明了這臺計算機的功能.不同類型CPU的指令系統是不能混用與兼容的，但同一系列的CPU一般升級后指令都有擴充，并可兼容。

復雜指令系統計算機(CISC)和精簡指令系統計算機(RISC)

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計算機的性能與它所設置的指令系統有很大的關系，而指令系統的設置又與機器的硬件結構密切相關。通常性能較好的計算機都設有功能齊全、通用性強、指令豐富的指令系統，但這需要復雜的硬件結構來支持。

系列(Series)計算機是指基本指令系統相同，基本體系結構相同的一系列計算機。一個系列往往有多種型號，各型號的基本結構相同。但由于推出的時間不同，所采用的器件也不同，因此在結構和性能有很大差異。系列機能解決軟件兼容問題的必要條件使該系列的各機種有共同的指令集，舊機種上運行的各種軟件可以不加修改的在新機種上運行。

本章從指令格式、地址結構、尋址方式、指令類型等方面介紹。

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5.2.1 指令的結構

指令字：代表指令的一組二進制代碼信息；

指令長度：指令字中二進制代碼的位數。位數越多，所能表示的操作信息和地址信息也就越多，使指令功能豐富。但會占用存儲空間多，讀取指令的時間可能增加。

1、典型的指令格式

操作 碼 OP——指明操作性質的命令碼，

提供指令的操作控制信息。

操作對象A——說明操作數存放的地址，

有時則就是操作數本身。

5.2 指令格式

OP

A

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零地址指令

例如：NOP 、HLT，也叫無操作數指令

一地址指令

例如：遞增，移位，取反，INC AX，NOT BX

二地址指令

例：[A1]+[A2]→[A1]，[A2]為源地址，[A1]目的地址

三地址指令

例： [A1]+[A2]→[A3]，其中[A1]、[A2]為源地址，[A3]為目的地址，操作后源地址內容不變僅被拷貝

多地址指令：用于實現成批數據處理。

OP

OP A

OP A1 A2

OP A1 A2 A3

2、指令格式的五種類型

——根據操作對象地址長度的不同而劃分。

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3、指令操作碼的編碼格式

指令操作碼的位數限制指令系統中完成操作的指令條數。

固定格式操作碼

操作碼長度固定，一般集中于指令字的前一個字段中。若操作碼長度為K為，則它最多只能有2K條不同指令。在字長較長的大中型以及超級小型機上廣泛使用。

優點：有利于簡化硬件設計，減少譯碼時間

可變格式操作碼

通常在指令字中用一個固定長度的字段來表示基本的操作碼，而對于一部分少地址指令則把它們的操作碼擴充到該指令的地址字段，即操作碼長度可以改變。

這種方法在不增加指令字長度的情況下可表示更多的指令，但增加了譯碼和分析難度，需更多硬件支持。微機中常使用此方式。

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總結

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