数据存放位置(Memory Alignment) 在数据不对准边界的计算机中，数据（例如一个字） 可能在两个存储单元中。 此时需要访问两次存储器，并对高低字节的位置进行 调整后，才能取得一字。 边界对齐： 一字对齐：左移两位，按字访问 ·RVIX86不要求，MIPS要求 一半字：左移一位，按半字访问 存储器 地址（十进制） 字（地址2) 半字（地址0) 0 字节（地址7） 字节（地址6) 字（地址4） 4 半字（地址10) 半字（地址8) 8 llxx@ustc.edu.cn 11/41
llxx@ustc.edu.cn 11/41 数据存放位置（Memory Alignment） • 在数据不对准边界的计算机中，数据（例如一个字） 可能在两个存储单元中。 – 此时需要访问两次存储器，并对高低字节的位置进行 调整后，才能取得一字。 • 边界对齐： – 字对齐：左移两位，按字访问 • RV/x86不要求，MIPS要求 – 半字：左移一位，按半字访问 字（地址2） 半字（地址0） 0 4 8 字节（地址7） 字节（地址6） 字（地址4） 半字（地址10） 半字（地址8） 存储器 地址（十进制）
操作分类 运算器 ·数据传递 (data movement) -访存：load,store,mov 输入设备 存储器 输出设备 1/O:in,out 。 算逻运算(arithmetic&logical) 控制器 - add,sub,and,not,or,xor,dec,inc,cmp monadic dyadic operations ·移位操作 - monadic operations:shl,shr,srl,srr ·分支控制(tranfer of contral,.Branch) comparisons conditional branches:beg,bnz -无条件转移：jmp procedure call:call,ret,int,iret 晶振 R Q CLK 系统指令：nop,sti,cli,lock,HLT S llxx@ustc.edu.cn 12/41
llxx@ustc.edu.cn 12/41 操作分类 • 数据传递（data movement） – 访存：load，store，mov – I/O：in，out • 算逻运算（arithmetic & logical） – add，sub，and，not，or，xor，dec，inc，cmp – monadic & dyadic operations • 移位操作 – monadic operations：shl，shr，srl，srr • 分支控制（tranfer of contral，Branch） – comparisons & conditional branches：beq，bnz – 无条件转移：jmp – procedure call：call，ret，int，iret • 系统指令：nop，sti，cli，lock，HLT 晶振 R S Q CLK
指令示例 ·ALU DRipes File Help -源操作数 鞋G 〈>0100s日》☒田 ·立即数 689 01 Source code Executable code View mode:O Binary O Disassenbled Editor 1 main: -目的操作数 2 addi x2,x0,2 00000000<main>: 3 addi x3,x0,3 0: 08200113 addi x2 x0 2 IF 目 4 addi x7,x3,-6 4: 00300193 addi x3 x0 3 分支 5 8: ffa18393 addi x7 x3-6 6 j end c: 0080806f jal x0 0x14 <enc 7 addi x2,x0,2 10: 00200113 addi x2 x0 2 NPC 8 9 end: 00009014<end>: 10swx2,45(x0) 14: 022026a3 swX245(x0) ·访存 11 beq x7,x5,main 18: fe5384e3 beq x7 x5 -24 <r 一内存地址
指令示例 • ALU – 源操作数 • 立即数 – 目的操作数 • 分支 – NPC • 访存 – 内存地址
指令字格式Machine Instruction Layout von Neumann:“指令由操作码和地址码构成” ·操作码：操作的性质 地址码：指令和操作数(operand)的存储位置 操作码域(op) 地址码域(addr) ·指令字长度固定Vs.可变：RISC(RV/MIPS/ARM)一般32位 ·固定：规则，浪费空间 操作码长度固定s.可变 ·固定：译码简单，指令条数有限，RISC C (RV/MIPS/ARM ·可变：指令条数和格式按需调整，CISC(x86) ·“扩展操作码技术”：调整op与addr域 ·如果指令字长固定，则操作码长度增加，地址码长度缩短 llxx@ustc.edu.cn 14/41
llxx@ustc.edu.cn 14/41 指令字格式Machine Instruction Layout • von Neumann： “指令由操作码和地址码构成” • 操作码：操作的性质 • 地址码：指令和操作数（operand）的存储位置 • 指令字长度固定vs.可变：RISC（RV/MIPS/ARM）一般32位 • 固定：规则，浪费空间 • 操作码长度固定vs.可变 • 固定：译码简单，指令条数有限，RISC（RV/MIPS/ARM） • 可变：指令条数和格式按需调整，CISC（x86） • “扩展操作码技术”：调整op与addr域 • 如果指令字长固定，则操作码长度增加，地址码长度缩短 操作码域（op） 地址码域（addr）
地址码：操作数，指令 ·源操作数、目的操作数、下一条指令地址 一地址：寄存器、主存、O端口 地址码域格式 -4地址指令：Oprs1,rs2,rd,ni -3地址指令：oprs1,rs2,rd; ni在PC中 -2地址指令：Oprs1,rs2; rd=rs1 or ACC -1地址指令：oprs2; rs1=ACC,rd=ACC -0地址指令：op; 堆栈操作 llxx@ustc.edu.cn 15/41
llxx@ustc.edu.cn 15/41 地址码：操作数，指令 • 源操作数、目的操作数、下一条指令地址 – 地址：寄存器、主存、I/O端口 • 地址码域格式 – 4地址指令：op rs1, rs2, rd, ni – 3地址指令：op rs1, rs2, rd； ni在PC中 – 2地址指令：op rs1, rs2； rd=rs1 or ACC – 1地址指令：op rs2； rs1=ACC，rd=ACC – 0地址指令：op； 堆栈操作