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指令：

第6章 控制器部件. 指令：. 是指示计算机执行基本操作的命令 。. 指令也是用户使用计算机的最小功能单位。. 指令系统：. 　　一台计算机支持(或称使用)的全部指令构成该计算机的指令系统。. 由于指令与计算机的性能以及硬件结构密切相关，所以不同系列、不同型号的机器其 指令系统 可能是不一样的。. 本章主要介绍. 指令的基本格式 简单的寻址方式及应用 指令系统举例 控制器的基本组成. 操作数地址码. 操作码. 6.1 指令的格式. 1、机器指令和汇编指令. 　　任何一条机器指令由一组有意义的二进制代码构成，称为一个指令字。.

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  1. 第6章 控制器部件 指令： 是指示计算机执行基本操作的命令。 指令也是用户使用计算机的最小功能单位。

  2. 指令系统： 　　一台计算机支持(或称使用)的全部指令构成该计算机的指令系统。 由于指令与计算机的性能以及硬件结构密切相关，所以不同系列、不同型号的机器其指令系统可能是不一样的。

  3. 本章主要介绍 • 指令的基本格式 • 简单的寻址方式及应用 • 指令系统举例 • 控制器的基本组成

  4. 操作数地址码 操作码 6.1 指令的格式 1、机器指令和汇编指令 　　任何一条机器指令由一组有意义的二进制代码构成，称为一个指令字。 其基本格式可划分成二个部分：

  5. TEC-2的机器指令 0000010000010010 0000110000010010 0111010000110000 0010110000010000 用机器指令编写的程序是计算机惟一能够直接识别并执行的程序，称为机器语言程序。机器语言程序被称为目标程序(目标代码）。

  6. 机器语言的特点： • 机器直接执行。 • 其缺点是：与机器硬件直接相关，通用性差；编程不直观、难以记忆、使用很不方便。

  7. 以下两段程序一样吗？ 101100000000000000000011 000001010000000000110000 001011000000000000000101 101100000000000000000011 001001010000000000110000 001011000000000000000101

  8. 为了克服机器语言的缺点，人们采用助记符表示机器指令的操作码，用符号代替操作数的存放地址等，这样就形成了汇编指令。为了克服机器语言的缺点，人们采用助记符表示机器指令的操作码，用符号代替操作数的存放地址等，这样就形成了汇编指令。 例：机器指令：0010110000100001 汇编指令：MOV R2，R1 用汇编指令编写的程序称为汇编源程序。

  9. 机器指令与汇编指令的关系 　　一条机器指令对应一条汇编指令。 用汇编指令编写程序就直观方便得多。 TEC-2的机器指令 汇编指令 0000010000010010ADDR1，R2 0000110000010010SUBR1，R2 0111010000110000 INCR3 0010110000010000MOVR1，0055 0000000001010101

  10. 汇编语言指令 机器指令代码 MOV R0，05 ADD R0，R3 … … 1000100111011000 … … … 程序员 汇编程序 执行 （翻译） 用汇编语言编写程序及执行的过程

  11. 汇编语言虽然较机器语言直观，但仍然烦琐难懂。于是人们研制出了高级程序设计语言。高级程序设计语言接近于人类自然语言的语法习惯，与计算机硬件无关，易被用户掌握和使用。 汇编语言虽然较机器语言直观，但仍然烦琐难懂。于是人们研制出了高级程序设计语言。高级程序设计语言接近于人类自然语言的语法习惯，与计算机硬件无关，易被用户掌握和使用。 机器语言、汇编语言、高级语言

  12. 目前广泛应用的高级语言有很多种 如： BASIC FORTRAN PASCAL C 等。 用高级语言编译的语句一般会产生多条机器指令。

  13. 例如：编程实现 123 加 456 → 求和

  14. (1) 用Ｃ语言实现： Main () { int a, b, sum; a=123; b=456; sum=a+b }

  15. (2) 用8086汇编语言 实现： a dw 123 b dw 456 sum dw ? Code segment assume CS: Code, DS:Code Main:mov ax,data mov ds,ax mov ax, a add ax, b mov sum , ax mov ax, 4c00h int 21h Main endp Code ends end main

  16. (3) 用机器语言实现： 键入代码： -e cs:100 A1 0F 01 03 06 11 01 A3 13 01 B8 00 4C CD 21 为数据分配空间： -e ds:10F 7B 00 C8 01 00 00

  17. 三种语言编写程序占用字节数

  18. 操作数地址码 操作码 2、指令的基本格式 表明操作数存放的位 置，以便找到操作数完成指令的功能。 主要规定指令完成何种功能。

  19. 指令的操作码字段 指令的操作数字段 例如： TEC-2的机器指令 汇编指令 0000010000010010ADDR1，R2 0000110000010010SUBR1，R2 0111010000110000 INCR3 0010110000010000MOVR1，0055 0000000001010101 0055

  20. （1）操作码 在指令系统中，每一条指令都有唯一确定的操作码。 分二种形式： 定长操作码 变长操作码

  21. 定长操作码形式 　　在指令字中，操作码字段的位数和位置是固定的。

  22. 例如： • TEC-2 机操作码是六位的： • 000000～111111 • 该指令系统最多可有多少条指令？ • IBM 360/370 操作码是八位的： • 00000000～11111111 • 该指令系统最多可有多少条指令？

  23. 变长操作码形式 　　指令系统中，各指令的操作码字段位数不等长。

  24. OP Mod Ri Mod Rj 四位 六位 六位 OP（7） Ri Mod Rj OP（10） Mod Rj OP（13） Rj 为增加操作码长度，采用 ——操作码逐段扩展技术 OP（16）

  25. (2) 操作数地址码的设计 　　按照指令中地址码字段给出的地址个数的不同. 无地址指令（零地址指令） 一地址指令（单地址指令） 有四种情况: 二地址指令 多地址指令

  26. TEC-2的机器指令 汇编指令 0000010000010010ADD R1，R2 0000110010001001SUB R8，R9 0111010000110000INC R3 0010110000010000 MOV R1，0055H 0000000001010101 000000XXXXXXXXXXNOP

  27. 6.2 指令的寻址方式 　　在指令的操作数地址字段，可能要指出： ① 运算器中的寄存器的编号或专用寄存器名称（编号）。 ② 输入/输出指令中用到的 I/O 设备的入出端口地址。 ③ 内存的一个存储单元(或一I/O设备)的地址 。

  28. 寻址方式：说明在指令中确定操作数地址的方法。寻址方式：说明在指令中确定操作数地址的方法。 不同的计算机系统，使用数目和功能不同的寻址方式，其实现的复杂程度和运行性能各不相同。

  29. … 操作码寄存器编号 1、寄存器寻址 指令地址码字段给出某一通用寄存器的编号(地址)，且所需的操作数就在这个寄存器中，这就是寄存器寻址方式； 例如： 0000110010001001SUBR8，R9 0111010000110000INCR3

  30. 2、存储器直接寻址 在指令的地址码字段直接给出所需的操作数(或指令)在存储器中的地址。 … 操作码存储器地址 操作数 内存储器 存储器地址为操作数在存储器中的地址。或转移指令等用到的指令地址。

  31. 操作码 0001 不用 0 0 0 01 0 0 00 0 0 00 0 0 0 存储器直接寻址举例： 例：MOV R1，[0800] 特点是什么？

  32. 3、寄存器间接寻址 　　若在寄存器中存放的是操作数在内存中所在单元的地址，这就是寄存器间接寻址方式

  33. … 操作码寄存器号 例： 若寄存器号 = 5， 该寄存器中的内容为 7， 可记为 (R5) = 7 。 • 对寄存器寻址方式，操作数就是该寄存器的内容 7 。 • 对寄存器间接寻址方式，既从内存第7号单元中读出来的数才是操作数。

  34. … 操作数 0000 … ＯＰ0101 … 0006 内存储器 0007 0008 0000 0000 0000 0111 R5 … 0 0 0 7 H … … … FFFF 寄存器间接寻址示意图

  35. 思考题 (1)寄存器寻址与寄存器间接寻址的不同点 操作数所在位置不同 指令执行的速度不同 (2)设计寄存器间接寻址的必要性 可有效缩短指令的长度 可方便程序处理的需要

  36. 4、立即数寻址 所需的一个操作数在指令的地址码部分直接给出。 … ＯＰNum 则 Num 即为操作数的值。 适用于操作数固定的情况，提高了指令的执行速度。当该立即数的值限定为较小值（占用位数少）时，可在第一个指令字中直接给出，否则可在第二个指令字中给出。

  37. 0010110000010000 MOV R1，0055H 0000000001010101

  38. 6.3 指令的功能、类型 设计指令系统功能方面的基本要求： • 完整性：指令齐全，编程方便 • 高效性：占内存少，运行省时 • 兼容性：新旧机指令软件兼容

  39. 数据传送类指令 运算类指令 程序控制指令 输入输出指令 特权指令 指令系统的完整性应包含以下类型指令：

  40. 教学计算机TEC-2指令系统简介 • 数据传送类指令 • 运算类指令 • 程序控制指令 • 其他指令

  41. 数据传送类指令 (1)寄存器之间的传送 MOV DR，SR 例如： MOV R0，R9 ；将R9→R0 (2)寄存器与存储器之间的传送 MOV DR， [ADR] MOV DR， [SR] MOV [DR]，SR MOV [ADR]，SR

  42. 运算类指令 ADD DR，SR ；DR+SR→DR ADC DR，SR ；DR+SR+CF→DR SUB DR，SR ；DR－SR→DR SBB DR，SR ；DR+SR－CF→DR CMP DR，SR ；DR－SR ，影响标志位 INC DR ；DR +1→DR DEC DR ；DR－1→DR MUL SR ；无符号乘 DIV SR ；无符号除

  43. 汇编指令 功能 AND DR, SR ；DR←DR and SR OR DR, SR ；DR←DR or SR XOR DR, SR ； DR←DR⊕SR TEST DR, SR ；DR ﹠ SR

  44. MOV R0，88 MOV R1，R0 MOV R2，0F AND R0，R2 OR R1，R2 XOR R2，R2 请思考：以上几条指令执行以后，R0、R1、R2的值是什么呢？

  45. 在TEC-2 中的移位指令有： SHL DR ； 将DR的内容逻辑左移一位 SHR DR ； 将DR的内容逻辑右移一位 ASR DR ； 将DR的内容算术右移一位 RCL DR ； 将DR的内容循环左移一位 RCL DR ； 将DR的内容循环右移一位 例： MOV R0， 0F MOV R1， R0 SHL R0 SHR R1 RCR R1 请思考：以上几条指令执行后，R0、R1以及CF的值是什么？

  46. R0←0 R1←1 R2←10 R0+R1→R0 R1+1→R1 R2-1→R2 N R2=0？ Y 结束 例题：计算 1+2+3+ …+10的和，并将结果保存在R0寄存器中。 800： MOV R0，0 802： MOV R1，1 804： MOV R2，A 806： ADD R0，R1 807： INC R1 ；R1+1→R1 808： DEC R2 ；R2-1→R2 809： JP NZ， 806 ；若R2不为0，则转806 80A： RET

  47. 一、控制器的功能 现代计算机工作的本质是什么？ 执行程序,完成程序功能。 程序是什么？ 依次排列起来的指令代码。 控制器是计算机系统的核心，它把运算器、存储器、输入输出设备等部件组成一个有机制整体，然后根据指令的要求指挥全机工作。 6.5 控制器的功能和组成概述

  48. 所以控制器的功能在于： • 对指令的控制：计算机的工作过程是连续执行指令的过程，控制器应能保证动态指令流的形成。 • 时序控制：产生固定的时序信号，以保证全机各部件有节奏的工作。 • 操作控制：依据指令内容、指令的执行步骤，形成并提供当前各部件本时刻要用到的全部控制信号。

  49. 总线 PC IR PSW MAR … ID 时序控 ALU 制电路 MDR 主存 … … A 暂存器 暂存器B 控制信号产生部件 R0 … ： 部分 发往全机各 ︰ R15 中断逻辑 各主要部件连接框图

  50. 二、控制器的组成 1. PC：程序计数器（Programming Counter) 用来存放将要执行的指令的地址。其内容分两种情况： ① 顺序执行的情况，PC的值应自动修正，加一个增量。 PC+△→PC ② 转移执行的情况，将转移的目标地址送PC. 2. IR：指令寄存器（Instruction Register) 用来存放从存储器中取出的指令。

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