指令系统相兼容的计算机称为系列机,计算机组成与体系结构.ppt

约定不等于承诺〃 2022-09-01 07:49 168阅读 0赞

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计算机组成与体系结构.ppt67页

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计算机组成与系统结构 上海交通大学 网络教育学院 陈泽宇 博士、副教授 前言 第1章 计算机系统概论 第2章 运算方法和运算器 第3章 存储系统 第4章 指令系统 第5章 中央处理器 第6章 总线系统 ×第7章 外围设备 第8章 输入输出系统 第9章 并行组织 第4章 指令系统 4.1 指令系统的发展与性能要求 4.2 指令格式 4.3 指令和数据的寻址方式 4.4 堆栈寻址方式 4.5 典型指令 4.1 指令系统的发展与性能要求 4.1.1 指令系统的发展 4.1.2 对指令系统性能的要求 4.1.3 低级语言与硬件结构的关系 4.1.1 指令系统的发展 计算机的程序是由一系列的指令组成的 指令就是要计算机执行某种操作的命令 从计算机组成的层次结构来说，计算机的指令有微指令、机器指令和宏指令之分 微指令： 微程序级的命令，属于硬件； 宏指令： 由若干条机器指令组成的软件指令，属于软件； 机器指令(通常简称为指令)： 介于微指令与宏指令之间，每一条指令可完成一个独立的算术运算或逻辑运算操作 指令系统 一台计算机中所有机器指令的集合，称为这台计算机的指令系统 系列计算机 基本指令系统相同、基本体系结构相同的一系列计算机 系列机解决了各机种的软件兼容问题，其必要条件是同一系列的各机种有共同的指令集，而且新推出的机种指令系统一定包含所有旧机种的全部指令 复杂指令系统计算机(CISC)与精简指令系统计算机(RISC) 4.1.2 对指令系统性能的要求 指令系统的性能决定了计算机的基本功能，因而指令系统的设计是计算机系统设计中的一个核心问题 一个完善的指令系统应满足如下四方面的要求： 完备性 有效性 规整性 兼容性 完备性 用汇编语言编写各种程序时，指令系统直接提供的指令足够使用，而不必用软件来实现 完备性要求指令系统丰富、功能齐全、使用方便 有效性 利用该指令系统所编写的程序能够高效率地运行 高效率主要表现在程序占据存储空间小、执行速度快 规整性 包括指令系统的对称性、匀齐性、指令格式和数据格式的一致性 对称性 在指令系统中所有的寄存器和存储器单元都可同等对待，所有的指令都可使用各种寻址方式 匀齐性 一种操作性质的指令可以支持各种数据类型 指令格式和数据格式的一致性 指令长度和数据长度有一定的关系，以方便处理和存取 兼容性 系列机各机种之间具有相同的基本结构和共同的基本指令集，因而指令系统是兼容的，即各机种上基本软件可以通用 做到所有软件都完全兼容是不可能的，只能做到“向上兼容”，即低档机上运行的软件可以在高档机上运行 4.1.3 低级语言与硬件结构的关系 计算机的程序，就是人们把需要用计算机解决的问题变换成计算机能够识别的一串指令或语句 编写程序的过程，称为程序设计，而程序设计所使用的工具则是计算机语言 计算机语言具有高级语言和低级语言之分 高级语言： 其语句和用法与具体机器的指令系统无关 低级语言 分机器语言(二进制语言)和汇编语言(符号语言) 是面向机器的语言，和具体机器的指令系统密切相关 机器语言用指令代码编写程序，而符号语言用指令助记符来编写程序 高级语言与低级语言的性能比较 P132表4.1 表4.1高级语言与低级语言的性能比较 计算机能够直接识别和执行的唯一语言是二进制语言 必须借助汇编程序或编译程序，把符号语言或高级语言翻译成二进制码组成的机器语言 汇编语言依赖于计算机的硬件结构和指令系统 高级语言与计算机的硬件结构及指令系统无关 但是高级语言程序“看不见”机器的硬件结构，因而不能用它来编写直接访问机器硬件资源的系统软件或设备控制软件 4.2 指令格式 4.2.1 操作码 4.2.2 地址码 4.2.3 指令字长度 4.2.4 指令助记符 × 4.2.5 指令格式举例 指令字 机器指令是用机器字来表示的 表示一条指令的机器字称为指令字(简称指令) 指令格式 指令字用二进制代码表示的结构形式，通常由操作码字段和地址码字段组成 操作码字段表征指令的操作特性与功能 地址码字段通常指定参与操作的操作数的地址 4.2.1 操作码 设计计算机时，对指令系统的每一条指令都要规定一个操作码 指令的操作码表示该指令应进行什么性质的操作 组成操作码字段的位数一般取决于计算机指令系统的规模 对于一个机器的指令系统，在指令字中操作码字段和地址码字段长度通常是固定的 4.2.2 地址码 根据一条指令中有几个操作数地址，可将该指令称为几操作数指令或几地址指令 一般的操作数有被操作数、操作数及操作结果这三种数，因而就形成了三地址指令格式 在三地址指令格式的基础上，后来又发展成二地址格式、一地址格式和零地址格式 各种不

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