计算机组成原理要点PPT学习教案.pptx

《计算机组成原理要点》的学习教案主要探讨了计算机指令系统的设计原则和指令格式。在计算机科学中，指令系统是计算机硬件和软件之间的接口，它决定了计算机能够执行的基本操作。以下是其中的关键知识点： 1. **指令长度与效率**： - 短指令字有利于提高程序执行的效率，因为它减少了数据传输和处理所需的时间。 - 但同时，不能牺牲指令系统的完备性和规整性来缩短指令长度。完备性是指指令系统应能完成所有必要的计算和控制任务，而规整性则关乎指令的解析速度和硬件设计的复杂度。 2. **指令地址码**： - 四地址指令：包含四个地址，用于操作数和下一条指令的地址，如`(A1)OP(A2)→(A3)`，其中`A4`是下一条指令的地址。 - 三地址指令：包含三个地址，如`(A1)OP(A2)→(A3)`，通常隐含地将`(PC)+1`作为下一条指令的地址。 - 二地址指令：两个地址，一种情况是其中一个地址指向累加器进行运算，如`(ACC)OP(A1)→(ACC)`。 - 一地址指令：单操作数运算，地址同时作为操作数和结果地址，如`OP(A1)→(A1)`。 - 零地址指令：仅包含操作码，没有地址字段，如`OP`。 3. **指令的操作码**： - 操作码定义了指令执行的操作和特性，是每条指令的唯一标识。 - 操作码的位数至少需要`log2m`位，其中`m`是操作的种类数量。 - 定长编码：操作码长度固定，简化硬件设计，但可能导致指令字浪费。 - 变长编码：操作码长度根据指令需要变化，节省空间，但增加了解码的复杂性。 - 扩展操作码技术：通过调整操作码长度以适应不同地址数的指令，最大化指令表示能力。 4. **指令格式设计示例**： - 如16位指令，4位操作码，3个4位地址字段，可以通过改变地址字段的数量来扩展操作码长度，以支持更多操作类型。 5. **指令计数问题**： - 示例中展示了如何在有限的指令字长内分配地址字段和操作码，以容纳不同地址类型的指令。通过计算剩余的操作码编码，可以确定还能添加多少条特定地址类型的指令。 这些内容是计算机组成原理的基础，理解和掌握这些概念对于理解计算机如何执行程序以及如何设计高效且灵活的指令集至关重要。学习这些知识有助于深入理解计算机硬件的工作原理，并为软件开发和系统设计提供理论基础。