三、指令系統(tǒng)

　　(一)指令和指令系統(tǒng)

　　指令主要由兩個部分組成:

　　操作碼———用來指出計(jì)算機(jī)應(yīng)執(zhí)行何種操作的一個二進(jìn)制代碼。例如:加法、減法、乘法、除法、取數(shù)、存數(shù)等各種基本操作，它們均有各自相應(yīng)的操作碼。

　　操作數(shù)地址———指出該指令所操作(處理)的對象(稱為操作數(shù))所在的存儲單元的地址。計(jì)算機(jī)中操作數(shù)可以相當(dāng)靈活地指定，它可以直接包含在指令中，可以在CPU的某個寄存器中，一般情況是在存儲器的某個(些)存儲單元中。指定操作數(shù)所在位置的方法稱為尋址方式。不同的計(jì)算機(jī)具有各自不同的指令，對某種特定的計(jì)算機(jī)而言，其所有指令的集合，稱為該計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)。

　　(二)指令的特征和功能

　　一般而言，指令系統(tǒng)應(yīng)該具備下述特性:

　　(1)指令的完備性。是指一個指令系統(tǒng)應(yīng)滿足給定的算法，可編出程序并實(shí)現(xiàn)之。

　　(2)指令的有效性。指令系統(tǒng)中所包含的指令必須是有效的，從而可用相當(dāng)少的指令編出實(shí)現(xiàn)某種算法的程序。

　　(3)指令的簡明性。它指一個指令系統(tǒng)能簡化指令處理機(jī)的操作，又能簡化編程。

　　(4)指令的效率。它指系統(tǒng)中指令的執(zhí)行時(shí)間。

　　另外，尚要求指令系統(tǒng)應(yīng)便于記憶和理解，占用內(nèi)存少，盡量縮短邏輯延遲等。

　　(三)尋址方式

　　1.立即尋址

　　立即尋址又稱立即數(shù)尋址。操作數(shù)緊跟在操作碼之后，直接放在指令中，這種操作數(shù)稱為立即數(shù)。立即數(shù)規(guī)定只能為整數(shù)。立即數(shù)可以是8位或16位，要求低字節(jié)數(shù)放在低位地址中，高字節(jié)數(shù)放在高位地址中。

　　2.寄存器尋址

　　操作數(shù)在CPU的內(nèi)部寄存器中，寄存器名由指令指出，這種尋址方式稱之為寄存器尋址方式。對8位操作數(shù)，寄存器可以是AL，AH，BL，BH，CL，CH，DL，DH中的任意一個，對16位操作數(shù)，寄存器可以是AX，BX，CX，DX，SI，DI，SP或BP之一。

　　3.直接尋址

　　直接尋址方式的操作數(shù)地址的16位偏移量(又稱有效地址EA)直接包含在指令中，它緊跟在操作碼之后，存放在代碼段區(qū)域。如果指令前面無前綴指明在哪一段，則默認(rèn)操作數(shù)存放在數(shù)據(jù)段寄存器DS中。它的地址為數(shù)據(jù)段寄存器DS加上這16位地址偏移量。

　　4.寄存器間接尋址

　　寄存器間接尋址方式的操作數(shù)在存儲器中，操作數(shù)地址的16位偏移量包含在寄存器BX、BP、SI和DI之一中。如果指令中未具體用前綴指明是哪個段寄存器，則尋址時(shí)，對BX、SI、DI寄存器，默認(rèn)操作數(shù)在數(shù)據(jù)段寄存器DS中，即數(shù)據(jù)段寄存器DS加上SI、DI、BX中的偏移量為操作數(shù)的地址。

　　5.寄存器相對尋址(或稱變址尋址)

　　采用寄存器間接尋址時(shí)，允許在指令中指定一個8位或16位的偏移量，這樣，有效地址由一個基址或變址寄存器的內(nèi)容加上一個偏移量來得到。即

　　[BX]

　　[BP]

　　有效地址EA=[SI] +(8位偏移量或16位偏移量)

　　[DI]

　　6.基址加變址尋址

　　將一個基址寄存器的內(nèi)容加上一個變址寄存器的內(nèi)容形成操作數(shù)的有效地址，這種尋址稱為基址加變址尋址方式。這種尋址方式中，基址寄存器名和變址寄存器名均由指令指出。如無段跨越前綴，對BX寄存器默認(rèn)的段寄存器為DS。只要用上寄存器BP，則默認(rèn)的段寄存器為SS。

　　7.相對的基址加變址尋址

　　與寄存器相對尋址類擬，基址加變址尋址也允許帶一個8位或16位的位移量。因此，操作數(shù)的有效地址是一個基礎(chǔ)寄存器的內(nèi)容加上一個變域寄存器的內(nèi)容，再加一個8位或16位的偏移量。

　　8.比例變址尋址

　　比例變址尋址只能在80386到Pentium微處理器中使用。比例變址是指一對寄存器中的第二個用比例因子2、4或8來乘，產(chǎn)生操作數(shù)的內(nèi)存地址。

　　(四)指令格式1.8086指令格式

　　8086/8088指令長度是比較靈活的，可在1～6個字節(jié)之間變化，組成如下表所示。

　　8086CPU指令形式

　　操作碼 MOD字節(jié)

　　偏移量

　　操作碼 MOD字節(jié) DATA/DISP

　　操作碼 MOD字節(jié) DATA/DISPL DATA/DISPH

　　操作碼 MOD字節(jié) DATA/DISPL DATA/DISPH

　　DATA

　　操作碼 MOD字節(jié) DATA/DISPL DATA/DISPH DATAL DATAH

　　2.Pentium指令的一般格式

　　Pentium微處理器指令的一般格式如下圖所示。從圖中可看到，一條指令是由可任選的指令前綴(可以以任何的次序)、一個或兩個源操作碼字節(jié)、有可能要用的地址說明符(由ModR/M字節(jié)和按比例變址基址SIB字節(jié)構(gòu)成)、一個位移量(根據(jù)需要)和一個立即操作數(shù)數(shù)據(jù)字段(如果需要的話)等元素組成的。

　　指令前綴 地址大小 前綴操作數(shù) 大小前綴 段超前前綴

　　0或1 0或1 0或1 0或1

　　………………………………………………………………

　　字節(jié)數(shù)

　　操作碼 Mod R/m SIB 位移量 立即數(shù)

　　1或2 0或1 0或1 0或10，1，2或4

　　………………………………………………………………

　　字節(jié)數(shù)

　　Pentium指令的一般格式

　　(五)指令周期

　　微處理器的工作過程，不外乎取出指令、執(zhí)行指令，再取出指令、執(zhí)行指令……這樣一個循環(huán)過程。一條指令的取出和執(zhí)行所必需的時(shí)間，稱為指令周期。指令周期依取出指令的時(shí)間不同而不同。

　　(六)指令的流水線和并行控制

　　為了提高計(jì)算機(jī)訪問存儲器和執(zhí)行指令的處理速度，可以讓一些需要計(jì)算機(jī)處理的多項(xiàng)操作在時(shí)間上重疊進(jìn)行，甚至設(shè)計(jì)出多個功能相同或相近的部件同時(shí)對其進(jìn)行處理，這種技術(shù)就是流水線與并行執(zhí)行技術(shù)。

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