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课件网) 第5章 指 令 系 统 5.1 指令系统与性能 5.2 机器指令 5.3 操作码的编码方法 5.4 地址码的寻址方式 5.5 典型的指令系统 关联 习题 5.1 指令系统与性能 5.1.1 指令与指令系统 指令是指示计算机去执行某种操作的命令。如果命令是二进制代码形式，则相应的指令为机器指令，机器指令是计算机能直接识别并执行的指令，而用任何其他形式的指令或语言所编写的程序必须通过“翻译”或“编译”，编译成机器语言程序，才能在计算机中运行。指令系统则是指计算机所有机器指令的集合，也称指令集(Instruction Set)。它是面向机器的，不同的计算机具有不同的指令系统，反过来讲，不同的指令系统决定了计算机不同的性能和功能。 随着计算机的发展和应用领域的不断扩大，指令系统越来越丰富，机器指令的数量成倍增长，多达成百上千条，如此庞大的指令系统我们称之为复杂指令系统(CIS)，具有复杂指令系统的计算机称为复杂指令系统计算机(CISC)。CISC就是采用复杂的指令系统，来达到增强计算机的功能、提高速度的目的。经过对CISC指令使用频率的测试分析，发现只有占指令系统20%的指令是常用的，剩余80%的指令在程序中出现的概率大约为20%。测试结果表明：花费巨大代价所增加的复杂指令只有20%左右的使用率，这将造成计算机硬件资源的巨大浪费。 为此，人们开始考虑能否用最常用的20%左右的简单指令来组合实现不常用的80%的指令，于是，出现了精简指令系统(RIS)和精简指令系统计算机(RISC)。精简指令系统(RIS)是对复杂指令系统(CIS)进行简化和优化，使机器结构简化的同时，有效地提高机器的性能、速度和性能价格比。 5.1.2 指令系统的性能 指令系统的性能将决定计算机的基本功能，因此，指令系统的设计是计算机系统设计的一个核心问题，它不仅与计算机的硬件紧密相关，还直接影响到用户的使用。一个完善的指令系统应满足以下几个方面的要求： (1) 完备性：要求机器的指令系统丰富，且功能齐全。 (2) 有效性：是指用指令系统中的指令所编写的程序能被高效率地运行。高效率表现在程序所占存储空间小、执行速度快。 (3) 规整性：包括指令系统的对称性、均匀性、一致性。对称性是指寄存器与存储器的对称，能对寄存器操作的指令同样能对存储器操作。均匀性是指各种数据类型适用于一种操作性质的指令。一致性是指指令长度和数据长度通常是字节的整数倍。 (4) 兼容性：是指“向上兼容”，即抵挡机上运行的软件可以在高档机上运行。 (5) 可扩展性：是指保留一定余量的操作码空间，便于扩展指令使用。 5.2 机 器 指 令 5.2.1 机器指令的格式 根据指令的概念，一条机器指令形式上是一串二进制代码，我们通常把表示机器指令的这一串二进制代码称为指令字。作为一个指令字，不仅要表示出指令所进行的某种具体操作，还要表示出指令对谁操作以及操作结果的去向，即指令的操作对象。因此，任何一条机器指令都由两部分组成：一部分是操作码，另一部分是地址码。其格式为 操作码OP：是指令所进行的具体操作的编码。不同的指令相应的操作和功能不同，则需要用不同的操作码来表示。因此，操作码的长度与机器所能执行操作的多少有关。 地址码A：是指令操作对象的地址编码。它是一个广义的概念，它不仅可以是操作对象的存储地址，还可以是操作对象本身。因此，地址码的长度与存储器的容量、寄存器的多少、机器的字长有关。 5.2.2 指令字的长度 指令字的长度是指一个指令字所包含的二进制代码的位数。结合机器指令的格式，指令字的长度取决于操作码的长度、地址码的长度和地址码的个数，因此，影响指令字长度的因素有多种，不同指令系统的指令 ... ...
