第三章 指令系统
指令格式与寻址方式
指令的种类
指令的执行方式
1.指令格式：
基本概念：所谓指令系统是一台计算机的指令全集（ Instruction Set），它所映出该计算机的全部功能，是计算机软件与硬件的接口。
指令是指挥计算机工作的命令。它一般由操作码和地址码两部分组成。
根据指令中所含地址码的个数可分为：
A.零地址指令 这是只有操作码，而没有地址码的指令
B.单地址指令 这是只提供一个地址码的指令。
C.双地址指令 这是含有两个地址码的指令。
D,三地址指令 这是含有三个地址码的指令。
E.多地址指令 指有三个以上地址码的指令；
如：矩阵指令、字符串处理指令、向量运算指令等，可有 7个地址码。
2.简单寻址方式寻址方式：寻址就寻找操作数的地址，
简称寻址；操作数的地址被称为有效地址，记作ＥＡ。可见，寻址就是寻找Ｅ
Ａ。所以寻址方式就是寻找操作数的方式方法。
寻址方式的改进 可采用如下方法，来提高指令的寻址范围。
A.采用多字长指令 以字长为 16位的计算机为例，若用两个字来表示一条指令，如下所示，操作码和地址码各一个字，那么，该指令的寻址范围就可达
64K。
B.不增加指令长度，改变指令结构 以 16位机为例，
将指令格式改为如下所示。
其中,Q为操作码,D为形式地址,X是寻址方式特征码，这里 X占 3位，可以设定８种不同的寻址方式。
3.一般寻址方式
A.隐含寻址
B.立即寻址
a.指令格式
b.有效地址
C.直接寻址
a.指令格式与寻址
b.有效地址 EA=D
D.寄存器直接寻址
a.指令格式与寻址
b.有效地址 EA=Ri
E.寄存器间接寻址
a.指令格式与寻址 如下图 a所示
b.有效地址 EA=(Ri)
F.相对寻址
a.指令格式与寻址
b.有效地址 EA=(PC)+D
G.变址寻址
a.指令格式与寻址
b.有效地址 EA=(R1)+D
H.自行变址寻址
a.指令格式 QXD
b.有效地址 EA=(R1)+DI
I,基本寻址
J.基本加变址寻址第２节指令的种类
1.数据传送类指令这类指令包括数据传送指令、数据交换指令、
压栈指令和退栈指令。
(1)数据传送指令 该指令的功能包括,
a.把立即数传送到寄存器；
b.把立即数传送到存储单元；
c.数据从寄存器传送到寄存器；
d.数据从寄存器传送到存储单元；
e.数据从存储单元传送到存储单元；
f.数据从存储单元送到寄存器。
(2)数据交换指令 该指令的功能是实现两个操作数的位置互换，
包括：
a.寄存器与寄存器之间的数据交换；
b.寄存器与存储单元之间的数据交换；
c.存储单元与存储单元之间的数据交换。
(3)压栈与退栈指令压栈指令的功能是把数据存入栈区，而退栈指令的功能是从栈区中取出数据。
A.什么是堆栈
B.建栈、压栈和退栈
2.算术逻辑运算指令
(1)算术运算指令
a.低档小型机和微型机
b.高档小型机和微型机
c.大型机和巨型机
(2)逻辑运算指令 一般计算机都具有与、或、
非、异或和测试等逻辑运算指令；有些计算机还设有位操作指令，如位测试、位清除、
位求反等指令。
(3)移位指令 根据功能又分为算术移位、逻辑移位和循环移位指令 。
3.字符串处理指令它的功能包括：
a.字符串传送指令
b.字符串转换指令
c.字符串比较指令
d.字符趾查找指令
e.字符串抽取指令
f.字符串替换指令
4.输入输出指令对于计算机系统来说，输入和输出都是站在主机或 CPU这个角度来看的，也就是说，输入是指数从输入设备送到主机或 CPU；而输出是指数据从主机或 CPU
传送到输出设备 。
5.中断指令、特权指令和陷阱指令
(1) 中断指令：中断是中断 CPU正常工作的意思，也就是中断 CPU正在执行的程序，而让 CPU执行一段中服务系统中。
(2)特权指令：是指多用户、多任务的计算机系所具有的用于系统资源分配与管理的指令。
功能,a.改变系统的工作方式；
b.改变系统的工作方面；
c.检测用记的访问权限；
d.修改虚拟存储器的、段表、页表；
e.`任务的创建和切换等。
(3)陷阱指令什么是陷阱指令 陷阱指令实际上是一种意外事故的中断指令。指令事故包括：
a.电源电压不稳
b.存储器校验出错
c.外设出现故障
d.用户使用了不定义的指令或特权指令陷阱指令的形式 有两种,a.隐含形式 b.非隐含形式
6.转移指令
(1)转移指令：就是改变程序执行顺序的指令
(2)转移指令的分类
A.根据有无转移条条件，分为：
a.无条件转移指令
b.条件转移指令
B.根据目标地址的寻址方式，分为：
a.相对转移指令
b.绝对转移指令
7.转子指令与返主指令
(1)子程序调用的概念 子程序调用与返回的过程如下图所示：
(2)转子指令的功能 其功能是使 CPU转去执行子程序。
(3)返主指令的功能 其功能是使 CPU返回到断点处继续执行主程序，其操作是把断点地址送给程序计算机器；有断点寄存器的返主指令，还应恢复其值。
(4)子程序调用指令与转移指令的区别：
a.转移到的目标地址不同
b.子程序执行完毕后，要返回到主程序的断点处，
继续执行主程序；而转移指令执行后，就再也不能返回到原处去执行。
c.子程序还可以再调用别的子程序，这叫嵌套调用；
也可以直接或间接自己调用自己，这叫递归调用。
8.处理器控制指令这类指令是指直接控制 CPU实现某种功能的指令，包括：
(1)状态标志位的操作指令
(2)停机指令
(3)等待指令
(4)空操作指令
(5)封锁总线指令等。
第３节指令的执行方式
1.指令的执行过程每条指令的执行过程，大致分为三步：即取指令、分析指令和执行指令，分别简称取指、
分析和执行。
2.提高指令执行速度的方法
(1)选用高速芯片
(2)采用更好的运算方法
(3)减少执行过程的节拍数
(4)改进指令执行方式
3.指令的执行过程 每条指令的执行过程为：
取指令、分析指令和执行指令，简称取指、分析和执行；
4.指令的执行方式：
（ 1） 顺序执行方式,即：一条指令接一条指令的执行方式；
（ 2） 重叠执行方式,即：多条指令同时执行的方式；如下图,
（ 3） 流水线方式 即：把指令的执行过程分为若干个子过程，分别由不同的硬件去执行的方式。
5.指令周期：
（ 1） 指令周期：指执行指令所需要的时间；
由若干个机器周期组成；
（ 2） 机器周期（ CPU周期）：指 CPU访问主存或输入输出端口所需要的时间； 如 Z80
CPU有 9个机器周期,P173 一个机器周期由若干个时钟周期组成；
（ 3） 时钟周期：指 CPU处理操作的最少时间单位，也叫 T状态； Z80 CPU指令周期：如下图,
M1：取指令操作码周期，由 4个 T状态组成
M2：存储器读周期，由 3个 T状态组成； M3：
存储器写周期，由 3个 T状态组成；
指令格式与寻址方式
指令的种类
指令的执行方式
1.指令格式：
基本概念：所谓指令系统是一台计算机的指令全集（ Instruction Set），它所映出该计算机的全部功能，是计算机软件与硬件的接口。
指令是指挥计算机工作的命令。它一般由操作码和地址码两部分组成。
根据指令中所含地址码的个数可分为：
A.零地址指令 这是只有操作码，而没有地址码的指令
B.单地址指令 这是只提供一个地址码的指令。
C.双地址指令 这是含有两个地址码的指令。
D,三地址指令 这是含有三个地址码的指令。
E.多地址指令 指有三个以上地址码的指令；
如：矩阵指令、字符串处理指令、向量运算指令等，可有 7个地址码。
2.简单寻址方式寻址方式：寻址就寻找操作数的地址，
简称寻址；操作数的地址被称为有效地址，记作ＥＡ。可见，寻址就是寻找Ｅ
Ａ。所以寻址方式就是寻找操作数的方式方法。
寻址方式的改进 可采用如下方法，来提高指令的寻址范围。
A.采用多字长指令 以字长为 16位的计算机为例，若用两个字来表示一条指令，如下所示，操作码和地址码各一个字，那么，该指令的寻址范围就可达
64K。
B.不增加指令长度，改变指令结构 以 16位机为例，
将指令格式改为如下所示。
其中,Q为操作码,D为形式地址,X是寻址方式特征码，这里 X占 3位，可以设定８种不同的寻址方式。
3.一般寻址方式
A.隐含寻址
B.立即寻址
a.指令格式
b.有效地址
C.直接寻址
a.指令格式与寻址
b.有效地址 EA=D
D.寄存器直接寻址
a.指令格式与寻址
b.有效地址 EA=Ri
E.寄存器间接寻址
a.指令格式与寻址 如下图 a所示
b.有效地址 EA=(Ri)
F.相对寻址
a.指令格式与寻址
b.有效地址 EA=(PC)+D
G.变址寻址
a.指令格式与寻址
b.有效地址 EA=(R1)+D
H.自行变址寻址
a.指令格式 QXD
b.有效地址 EA=(R1)+DI
I,基本寻址
J.基本加变址寻址第２节指令的种类
1.数据传送类指令这类指令包括数据传送指令、数据交换指令、
压栈指令和退栈指令。
(1)数据传送指令 该指令的功能包括,
a.把立即数传送到寄存器；
b.把立即数传送到存储单元；
c.数据从寄存器传送到寄存器；
d.数据从寄存器传送到存储单元；
e.数据从存储单元传送到存储单元；
f.数据从存储单元送到寄存器。
(2)数据交换指令 该指令的功能是实现两个操作数的位置互换，
包括：
a.寄存器与寄存器之间的数据交换；
b.寄存器与存储单元之间的数据交换；
c.存储单元与存储单元之间的数据交换。
(3)压栈与退栈指令压栈指令的功能是把数据存入栈区，而退栈指令的功能是从栈区中取出数据。
A.什么是堆栈
B.建栈、压栈和退栈
2.算术逻辑运算指令
(1)算术运算指令
a.低档小型机和微型机
b.高档小型机和微型机
c.大型机和巨型机
(2)逻辑运算指令 一般计算机都具有与、或、
非、异或和测试等逻辑运算指令；有些计算机还设有位操作指令，如位测试、位清除、
位求反等指令。
(3)移位指令 根据功能又分为算术移位、逻辑移位和循环移位指令 。
3.字符串处理指令它的功能包括：
a.字符串传送指令
b.字符串转换指令
c.字符串比较指令
d.字符趾查找指令
e.字符串抽取指令
f.字符串替换指令
4.输入输出指令对于计算机系统来说，输入和输出都是站在主机或 CPU这个角度来看的，也就是说，输入是指数从输入设备送到主机或 CPU；而输出是指数据从主机或 CPU
传送到输出设备 。
5.中断指令、特权指令和陷阱指令
(1) 中断指令：中断是中断 CPU正常工作的意思，也就是中断 CPU正在执行的程序，而让 CPU执行一段中服务系统中。
(2)特权指令：是指多用户、多任务的计算机系所具有的用于系统资源分配与管理的指令。
功能,a.改变系统的工作方式；
b.改变系统的工作方面；
c.检测用记的访问权限；
d.修改虚拟存储器的、段表、页表；
e.`任务的创建和切换等。
(3)陷阱指令什么是陷阱指令 陷阱指令实际上是一种意外事故的中断指令。指令事故包括：
a.电源电压不稳
b.存储器校验出错
c.外设出现故障
d.用户使用了不定义的指令或特权指令陷阱指令的形式 有两种,a.隐含形式 b.非隐含形式
6.转移指令
(1)转移指令：就是改变程序执行顺序的指令
(2)转移指令的分类
A.根据有无转移条条件，分为：
a.无条件转移指令
b.条件转移指令
B.根据目标地址的寻址方式，分为：
a.相对转移指令
b.绝对转移指令
7.转子指令与返主指令
(1)子程序调用的概念 子程序调用与返回的过程如下图所示：
(2)转子指令的功能 其功能是使 CPU转去执行子程序。
(3)返主指令的功能 其功能是使 CPU返回到断点处继续执行主程序，其操作是把断点地址送给程序计算机器；有断点寄存器的返主指令，还应恢复其值。
(4)子程序调用指令与转移指令的区别：
a.转移到的目标地址不同
b.子程序执行完毕后，要返回到主程序的断点处，
继续执行主程序；而转移指令执行后，就再也不能返回到原处去执行。
c.子程序还可以再调用别的子程序，这叫嵌套调用；
也可以直接或间接自己调用自己，这叫递归调用。
8.处理器控制指令这类指令是指直接控制 CPU实现某种功能的指令，包括：
(1)状态标志位的操作指令
(2)停机指令
(3)等待指令
(4)空操作指令
(5)封锁总线指令等。
第３节指令的执行方式
1.指令的执行过程每条指令的执行过程，大致分为三步：即取指令、分析指令和执行指令，分别简称取指、
分析和执行。
2.提高指令执行速度的方法
(1)选用高速芯片
(2)采用更好的运算方法
(3)减少执行过程的节拍数
(4)改进指令执行方式
3.指令的执行过程 每条指令的执行过程为：
取指令、分析指令和执行指令，简称取指、分析和执行；
4.指令的执行方式：
（ 1） 顺序执行方式,即：一条指令接一条指令的执行方式；
（ 2） 重叠执行方式,即：多条指令同时执行的方式；如下图,
（ 3） 流水线方式 即：把指令的执行过程分为若干个子过程，分别由不同的硬件去执行的方式。
5.指令周期：
（ 1） 指令周期：指执行指令所需要的时间；
由若干个机器周期组成；
（ 2） 机器周期（ CPU周期）：指 CPU访问主存或输入输出端口所需要的时间； 如 Z80
CPU有 9个机器周期,P173 一个机器周期由若干个时钟周期组成；
（ 3） 时钟周期：指 CPU处理操作的最少时间单位，也叫 T状态； Z80 CPU指令周期：如下图,
M1：取指令操作码周期，由 4个 T状态组成
M2：存储器读周期，由 3个 T状态组成； M3：
存储器写周期，由 3个 T状态组成；
