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1、指令和数据的寻址方式4.4指令和数据的寻址方式思考问题：l l如何获取本指令中指定的操作数？如何获取本指令中指定的操作数？l l如何获得下一条指令的地址？如何获得下一条指令的地址？寻址寻址方式是指CPU根据指令中给出的地址码字段寻找相应的操作对象的方式。寻址包括两类：指令寻址与操作数寻址4.4指令和数据的寻址方式指令的寻址方式l l顺序方式顺序方式PCPCl l跳跃方式跳跃方式标记黄色五星表示标记黄色五星表示此处内容可观看教此处内容可观看教材配套的材配套的CAI动画动画4.4指令和数据的寻址方式操作数的寻址方式l l操作数通常放在哪儿呢？操作数通常放在哪儿呢？操作数的可能位置：l l指令中；指
2、令中；l l寄存器；寄存器；l l主存储器中；主存储器中；l lI/OI/O设备的端口中设备的端口中4.4指令和数据的寻址方式根据操作数放在不同的地方，从而派生各种不同的寻址方式，往往不同的计算机具有不同的寻址方式。l l形成操作数有效地址的方法形成操作数有效地址的方法l legeg：如无变址、间址，形式地址（也叫偏移量）就是有效地址操作码操作码OP变址变址X间址间址I形式地址形式地址A主要有：相对寻址相对寻址基址寻址基址寻址变址寻址变址寻址相对寻址相对寻址基址寻址基址寻址变址寻址变址寻址段寻址段寻址相对寻址相对寻址基址寻址基址寻址变址寻址变址寻址段寻址段寻址1、隐含寻址指令中隐含着操作数的地
3、址指令中隐含着操作数的地址Eg.Eg.如某些运算（单地址码的指令），隐含了累加如某些运算（单地址码的指令），隐含了累加器器ACAC作为源和目的寄存器作为源和目的寄存器Eg.Eg.如如80868086汇编中的汇编中的STCSTC指令，设置标志寄存器指令，设置标志寄存器的的C C为为112、立即寻址立即寻址立即寻址立即数包含在指令中。立即数包含在指令中。指令格式：指令格式：2、立即寻址特点：l l高速高速l l操作数不能更改操作数不能更改,缺灵活性缺灵活性 eg.eg.程序中对学生分成程序中对学生分成5 5组，不能修改组，不能修改l l操作数大小受限（为什么？）操作数大小受限（为什么？）常用于：l
4、 l赋初值赋初值l l定义常量定义常量3、直接寻址指令中地址码字段给出的地址A就是操作数的有效地址EA(EffectiveAddress)，即EAA，D=(A)3、直接寻址特点：l l简单快速，便于硬件实现简单快速，便于硬件实现l l主存容量的增长引发问题：主存容量的增长引发问题：指令长度不够用指令长度不够用4、间接寻址寻址过程：如图操作数的有效地址的计算公式为：EAEA(A)(A)D=(A)D=(A)4、间接寻址特点：l l地址在主存储器中，可以被灵活的修改地址在主存储器中，可以被灵活的修改 形参实参，传值、传地址形参实参，传值、传地址l l操作灵活操作灵活l l两次访存增加时间耗费两次访存
5、增加时间耗费5、寄存器寻址l l操作数保存在寄存器中，即操作数保存在寄存器中，即 EA=RiEA=Ri D=(Ri)D=(Ri)5、寄存器寻址特点：特点：(1)(1)快。比内存访问快快。比内存访问快(2)(2)寄存器数量少：寄存器数量少：地址码短地址码短可用空间少可用空间少6、寄存器间接寻址操作数放在主存储器中，操作数放在主存储器中，而操作数的地址放在某一通用寄存器中而操作数的地址放在某一通用寄存器中EA=(Ri)D=(Ri)EA=(Ri)D=(Ri)6、寄存器间接寻址这样寻址有何优势：l l间接寻址多次访存，寄存器间接寻址减少访存间接寻址多次访存，寄存器间接寻址减少访存次数次数l l指令中的
6、地址短指令中的地址短l l使用较为广泛使用较为广泛7、偏移寻址直接寻址+寄存器间接寻址=偏移寻址EA=(Ri)+ARi可能是某个隐含寄存器7、偏移寻址-相对寻址l l由程序计数器由程序计数器PCPC提供基准地址提供基准地址l l指令地址码指令地址码=偏移量偏移量D Dl lEAEA(PC)(PC)D D。7、偏移寻址-相对寻址特点：l l程序模块内可使用相对地址程序模块内可使用相对地址l l无需表明真实的内存地址无需表明真实的内存地址l l增加灵活性增加灵活性8、偏移寻址-基址寻址约定基址寄存器Rb指令地址码给出偏移量DEA(Rb)D8、偏移寻址-基址寻址特征：l l基准地址出现在基址寄存器中
7、基准地址出现在基址寄存器中l l偏移量出现在指令中偏移量出现在指令中9、偏移寻址-变址寻址基准地址出现在指令中偏移量出现在寄存器Rx中EAA(Rx)9、偏移寻址-变址寻址应用：l l被广泛采用被广泛采用l l遇到需要频繁修改操作数地址时，无须修改指遇到需要频繁修改操作数地址时，无须修改指令，只要修改令，只要修改RxRx中的变址值就可以中的变址值就可以l l数组、字符串的成批数据处理数组、字符串的成批数据处理10、段寻址方式分段：1M主存=64K*16=216*24段寄存器段寄存器16位左移四位位左移四位偏移量偏移量16位位偏移量突破了偏移量突破了段内限制，自段内限制，自由度更高由度更高11堆栈
8、寻址隐含的堆栈指示器（可以是寄存器或者内存空间）进栈加1，退栈减1寻址方式举例：PentiumPentium寻址方式方式算法立即作数=A寄存器LA=R偏移量LA=(SR)+A基址LA=(SR)+(B)基址带偏移量LA=(SR)+(B)+A比例变址带偏移量LA=(SR)+(I)S+A基址带变址和偏移量LA=(SR)+(B)+(I)+A基址带比例变址和偏移量LA=(SR)+(B)+(I)S+A相对LA=(PC)+APowerPC寻址方式P129表4.9所示例题：p129例4一种二地址RS型指令的结构如下图所示：其中，I为间接寻址标志位，X为寻址模式字段，D为偏移量字段。通过I，X，D的组合可构成多
9、种寻址方式。看教材P129表4.10所示的寻址方式。OP-通用寄存器通用寄存器IX偏移量偏移量D6位位 4位位 1位位 2位位 16位位I表示是否间接寻址l lI=1I=1表示间接寻址表示间接寻址l lI=0I=0表示非间接寻址表示非间接寻址X寻址模式：l l0000直接寻址直接寻址l l0101相对寻址相对寻址l l1010变址寻址变址寻址l l1111基址寻址基址寻址例题：某某1616位机器所使用的指令格式和寻址方式如图所位机器所使用的指令格式和寻址方式如图所示，该机有两个示，该机有两个2020位基址寄存器，四个位基址寄存器，四个1616位变址位变址寄存器，十六个寄存器，十六个1616位通
10、用寄存器。指令汇编格式位通用寄存器。指令汇编格式中的中的S S（源），（源），D D（目标）都是通用寄存器，（目标）都是通用寄存器，MM是是主存中的一个单元。三种指令的操作码分别是主存中的一个单元。三种指令的操作码分别是MOVMOV（OPOP）=（A A）H H，MOVMOV是传送指令，是传送指令，STOSTO（OPOP）=（1B1B）H H，STOSTO为存数指令，为存数指令，LADLAD（OPOP）=（3C3C）H H。LADLAD为取数指令。为取数指令。要求：（1）分析三种指令格式与寻址方式特点。（2）CPU完成哪一种操作所花时间最短?哪一种操作所花时间最长?第二种指令的执行时间有时会等
11、于第三种指令的执行时间吗?（3）下列情况下每个十六进制指令字分别代表什么操作?其中如果有编码不正确，如何改正才能成为合法指令?(F0F1)H(3CD2)H(F0F1)H(3CD2)H(2856)H(2856)H(6FD6)H(6FD6)H(1C2)H(1C2)H解答：（1）第一种指令是单字长二地址指令，RR型；第二种指令是双字长二地址指令，RS型，其中S采用基址寻址或变址寻址，R由源寄存器决定；第三种也是双字长二地址指令，RS型，R由目标寄存器决定，S由20位地址（直接寻址）决定。（2）处理机完成第一种指令所花的时间最短，因为RR型指令，不需要访问存储器。第二种指令所花的时间最长，因为RS型指
12、令，需要访问存储器。同时要进行寻址方式的变换运算（基址或变址），这也需要时间。第二指令的执行时间不会等于第三种指令，因为第三种指令虽然也访问存储器，但节省了求有效地址运算的时间开销。（3）根据以知条件：MOV（OP）=001010，STA（OP）=011011，LDA（OP）=111100，将指令转为二进制序列比较：（F0F1）H（3CD2）H11110000111100010011110011010010 LAD 15号寄存器号寄存器 13CD2把主存把主存13CD2的内存装载到的内存装载到15号寄存器号寄存器（2856）H0010100001010110代表MOV指令，编码正确，含义是把5
13、号源寄存器的内容传送至6目标寄存器。（6FD6）H是单字长指令，一定是MOV指令，但编码错误，0110111111010110可改正为0010101111010110（2BD6）H。（1C2）H是单字长指令，代表MOV指令，但编码错误，0000000111000010可改正为0010100111000010（29C2）H。4.5典型指令指令分类与基本指令类型l l数据传送类指令数据传送类指令 一般传送指令：一般传送指令：MOVAXMOVAX，BXBX 数据交换指令：数据交换指令：XCHGXCHG 堆栈操作指令：堆栈操作指令：PUSHPUSH，POPPOPl l运算类指令运算类指令 算术运算指令
14、：算术运算指令：加、减、乘、除以及加加、减、乘、除以及加1 1、减、减1 1、比较比较 逻辑运算指令：逻辑运算指令：移位指令移位指令4.5典型指令l l程序控制类指令程序控制类指令 程序控制类指令用于控制程序的执行方向，并使程程序控制类指令用于控制程序的执行方向，并使程序具有测试、分析与判断的能力。序具有测试、分析与判断的能力。l l 输入和输出指令（有的机器没有此类指令，输入和输出指令（有的机器没有此类指令，因为外设存储器被统一编址）、字符串处理指因为外设存储器被统一编址）、字符串处理指令、特权指令、其他指令令、特权指令、其他指令l l字符串处理指令字符串处理指令l l特权指令、复位、测试指
15、令等特权指令、复位、测试指令等4.5典型指令基本指令系统l lP132P132表表4.114.11介绍介绍l l20%20%和和80%80%规律：规律：CISCCISC中大约有中大约有20%20%的指令使的指令使用频率高，占据了用频率高，占据了80%80%的处理机时间，而有的处理机时间，而有80%80%的不常用指令只占用处理机的的不常用指令只占用处理机的20%20%时间。时间。4.5典型指令VLSI技术发展引起的问题l lVLSIVLSI工艺要求规整性，而大量复杂指令控制逻辑极其工艺要求规整性，而大量复杂指令控制逻辑极其不规整，给不规整，给VLSIVLSI工艺造成了很大的困难。工艺造成了很大的
16、困难。l l现在用微程序实现复杂指令与用简单指令组成的子程现在用微程序实现复杂指令与用简单指令组成的子程序相比，没有多大的区别。因为现在控制存储器和主序相比，没有多大的区别。因为现在控制存储器和主存的速度差缩小。存的速度差缩小。l lCISCCISC中，通过增强指令系统的功能，简化了软件，增中，通过增强指令系统的功能，简化了软件，增加了硬件的复杂程度。指令复杂了，指令的执行时间加了硬件的复杂程度。指令复杂了，指令的执行时间必然加长，从而使整个系统的执行时间反而增加，因必然加长，从而使整个系统的执行时间反而增加，因而在计算机体系结构设计中，软硬件的功能分配必须而在计算机体系结构设计中，软硬件的功
17、能分配必须恰当恰当4.5典型指令RISC特点l l只定义简单、频繁使用的指令只定义简单、频繁使用的指令l l指令长度固定指令长度固定l l格式种类少格式种类少l l大部分指令可以单指令周期执行大部分指令可以单指令周期执行l l只有只有LOAD/STORELOAD/STORE可以访问存储器可以访问存储器l l简单的寻址方式简单的寻址方式本章小结指令系统的地位指令格式：功能、字长指令的寻址操作数的寻址指令的分类与实例作业P137l l3 3、4 4、8 8、9 9课程学了一半了随堂小测验！随堂小测验！中期大酬宾中期大酬宾 中期优惠大酬宾：中期优惠大酬宾：l l不要不要998998l l不是不是98
18、98l l只要只要6868！l l你没有看错，你没有看错，l l真的只要你考真的只要你考6868！l l核心知识的展示核心知识的展示 l l关键考题的分析关键考题的分析l l真实考场的体验真实考场的体验l l答题不要钱答题不要钱 l l看书不计费看书不计费 l l真的实时现场考试哦！真的实时现场考试哦！l l不要再犹豫了不要再犹豫了马上拿起笔和纸作答吧马上拿起笔和纸作答吧 1.1.单选题（单选题（66 5=305=30）（1 1）完整的计算机系统应包括）完整的计算机系统应包括_。A A运算器、存储器、控制器运算器、存储器、控制器BB 主机和实用程序主机和实用程序 C C配套的硬件设备和软件系统
19、配套的硬件设备和软件系统DD 外部设备和主机外部设备和主机（2 2）已知）已知y=+0.10001y=+0.10001，则，则yy补为补为_。A.1.10001B.0.01111C.1.01111D.0.10001A.1.10001B.0.01111C.1.01111D.0.10001（3 3）根据传送信息的种类不同，系统总线分为）根据传送信息的种类不同，系统总线分为_。A.A.地址线和数据线地址线和数据线B.B.地址线、数据线和控制线地址线、数据线和控制线C.C.数据线和控制线数据线和控制线D.D.地址线、数据线和响应线地址线、数据线和响应线（4 4）在指令的地址字段中，直接给出操作数本身的
20、寻址方）在指令的地址字段中，直接给出操作数本身的寻址方式，称为式，称为_。A.A.隐含寻址隐含寻址B.B.立即寻址立即寻址C.C.寄存器寻址寄存器寻址D.D.直接寻址直接寻址（5 5）一个组相联）一个组相联CacheCache由由6464块（行）组成，每组块（行）组成，每组4 4块（行）块（行），主存储器包含，主存储器包含4K4K个块，每块个块，每块128128字，则主存地址格式字，则主存地址格式中标记字段的位数为中标记字段的位数为_位。位。A A7B.4C.8D.67B.4C.8D.62.2.填空（填空（66 5=305=30）（1 1）已知）已知X=0.1101X=0.1101，Y=-0.
21、0110Y=-0.0110，则，则YY补为补为_，X+YX+Y补为补为_，是否溢出，是否溢出_。（2 2）在）在Cache-Cache-主存层次中，常用的地址映射方法有主存层次中，常用的地址映射方法有_，全相联映射和组相联映射三种。，全相联映射和组相联映射三种。（3 3）计算机系统中的存储器分为内存和外存，在）计算机系统中的存储器分为内存和外存，在CPUCPU执行执行程序时，必须将指令存放在程序时，必须将指令存放在_中。中。3.3.计算（计算（2020 2=402=40）（1 1）用）用2K*42K*4位位RAMRAM芯片组成芯片组成4K*84K*8的随机存储器，问；的随机存储器，问；（a a
22、）共需多少芯片？）共需多少芯片？（b b）存储器的地址寄存器）存储器的地址寄存器（MARMAR）和数据寄存器（）和数据寄存器（MDRMDR）分别为多少位？）分别为多少位？（2 2）（）（1313分）某计算机将浮点运算过程分为阶码比较、对分）某计算机将浮点运算过程分为阶码比较、对阶、尾数加减阶、尾数加减3 3个段，若各段的执行时间均为个段，若各段的执行时间均为2ns2ns，则：，则：（a a）串行执行）串行执行4 4次浮点运算所需的时间是多少？次浮点运算所需的时间是多少？（b b）流水执行）流水执行4 4次浮点运算所需的时间是多少？次浮点运算所需的时间是多少？（c c）若各段的执行时间分别为）若各段的执行时间分别为2ns2ns，3ns3ns，2ns2ns，流水执行，流水执行4 4次浮点次浮点运算所需的时间是多少？运算所需的时间是多少？考试结束写上学号姓名交卷