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关于计算机指令系统的深度剖析

关于计算机指令系统的深度剖析

第四章 指令系统

指令系统概述

指令系统是指某一种计算机所有指令的集合。

对计算机而言，这是一组二进制数的输入，实际上是一组电平的输入。这些输入能在一个指令周期内产生人们预先规定的动作。显然这不是一组随机的二进制数据输入。 指令系统是联系硬件和软件的桥梁。指令系统对计算机的作用相当于逻辑函数表对逻辑器件(门、触发器、加法器、移位寄存器)的作用。当然指令系统要比逻辑函数表复杂得多。

一种计算机指令系统设计的好坏，往往标志着该计算机功能的强弱，计算机的设计往往先从设计它的指令系统开始。

指令可以用两种不同语言形式来表示：机器语言和汇编语言。

机器语言指令即二进制代码，一般称作机器码。计算机能对其直接识别、分析解码和执行。

汇编语言指令是用助记符表示，它便于程序员编写、阅读和识别程序。 MCS-51单片机计有111条不同的指令。

机器语言指令格式

指令由操作码和操作数两部分组成，操作数可以是要被操作的数据本身(立即数)，也可以是数据所在单元的地址或寄存器。指令格式包括指令长度和指令内部信息的安排等。一条长指令通常可以分成几段存放和处理，每一段的长度与微处理机的字长相等。8位微处理机是以8位二进制数(字节)为基础，MCS-51单片机采用变长指令，有单字节、双字节和三字节三种指令格式。

1． 一字节指令(49条)

这类指令的二进制代码既包含了操作码信息，又包含了操作数信息。有两种情况：

⑴ 指令码中隐含着对某一个寄存器的操作。

例如：指令码

即A3H 就表示INC DPTR，数据指针内容加1。 ⑵ 由指令中的最后三位r r r(000～111)指定要操作的工作寄存器R0～R7。

就表示MOV A ，Rn ，把工作寄存器中的内容送A 累加器。

2． 二字节指令(46条) 这类指令的第一字节为操作码，第二字节为操作数或操作数的地址。

例如：74H,8AH ，就表示MOV A ，#8AH，即把立即数8AH 送A 累加器。 其一般形式为MOV A，

#DATA ，

#DATA 表示立即数。

3． 三字节指令(16条) 这类指令的第一字节为操作码，后跟两个字节的操作数。

例如：53H,3AH,48H 就表示ANL 3AH ，48H ，即3AH 单元的内容与立即数48H 进行“与”操作，其结果送入3AH 单元。

其一般形式为ANL direct ，

#DATA

若按指令的执行时间可分为以下三类：

⑴ 单周期指令(65条) ⑵ 双周期指令(44条)

⑶ 四周期指令(2条)

若按指令的功能可分为以下五类： ⑴ 数据传送类指令(29条)

⑵ 算术运算类指令(24条) ⑶ 逻辑运算类指令(24条) ⑷ 控制转移类指令(17条) ⑸ 位操作类指令(17条)

汇编语言指令格式

操作码助记符 [目的操作数，源操作数]

例如 MOV A,R0就表示把工作寄存器R0中的数据送入A 累加器。

汇编语言指令和机器码书写格式

地 址 机器码 [标 ] 汇编语言指令 [注解] 2000H 74 8A START: MOV A,#8AH ; 送被乘数

指令中的常用符

·Rn: 表示当前工作寄存器R0～R7中的一个。

·@Ri: 表示寄存器间接寻址，常常作间接寻址的地址指针。其中Ri 代表R0和R1寄存器中的一个。

·Direct: 表示内部数据存贮器单元的地址及特殊功能寄存器SFR 的地址，对SFR 而言，既可使用它的物理地址，也可直接使用它的名字。

·#data: 表示8位立即数，即8位常数，取值范围为#00H～#0FFH ·#data16: 表示16位立即数，即16位常数，取值范围为#0000H～#0FFFFH ·addr16: 表示16位地址 ·addr11: 表示11位地址

·rel: 用补码形式表示的地址偏移量，取值范围为-128～+127。

·Bit: 表示内部RAM 和SFR 中的具有位寻址功能的位地址。SFR 中的位地址可以直接出现在指令中，为了阅读方便，往往也可用SFR 的名字和所在的数位表示。如：表示PSW 中奇偶校验位，可写成D0H ，也可写成PSW.0的形式出现在指令中。 ·@: 表示间接寻址寄存器或基址寄存器的前缀符 。 ·$: 表示当前指令的地址。

寻址方式

每条指令存数或取数都需要知道如何获得该数据，如何产生操作数或其地址就称作寻址。指令的寻址方式是指如何获得操作数的方法，一个指令系统的

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