內(nèi)容要點(diǎn)：x86 ISA典鸡，MIPS ISA

構(gòu)造一臺(tái)自己的計(jì)算機(jī)

• 指令格式

X86體系結(jié)構(gòu)與指令簡(jiǎn)介

X86體系結(jié)構(gòu)

• Intel 8086 (1978年)

  • 內(nèi)部的通用寄存器為16位篷帅，即既能處理16位數(shù)據(jù)军浆，也能處理8位數(shù)據(jù)

  • 對(duì)外有16根數(shù)據(jù)線和20根地址線乱豆，可尋址的內(nèi)存空間為1MByte（）

  • 物理地址的形成采用”段加偏移“的方式

    	<- 控制總線->
    CPU	<-地址總線 20-bit->	存儲(chǔ)器
    	<-數(shù)據(jù)總線 16bit->

  • 通用寄存器

    • 數(shù)據(jù)寄存器AX,BX,CX,DX：均為16位寄存器闲坎，每個(gè)都可分為兩個(gè)8位寄存器崭闲，適用大多數(shù)算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算指令

  • 標(biāo)志寄存器（標(biāo)志位兩大類）

    • 狀態(tài)標(biāo)志：反映CPU的工作狀態(tài)吝岭，如執(zhí)行加法運(yùn)算時(shí)是否產(chǎn)生進(jìn)位
    • 控制標(biāo)志：對(duì)CPI的運(yùn)行起特定控制作用

  • 指令指針寄存器

    • 保存一個(gè)內(nèi)存地址三痰，指向當(dāng)前需要取出的指令
    • 當(dāng)CPU從內(nèi)存中取出一個(gè)指令后，IP會(huì)自動(dòng)增加窜管，指向下一指令地址
    • IP寄存器的尋址能力散劫，8086對(duì)外有20位地址線，尋址范圍：

  • 段寄存器

    • 與其他寄存器聯(lián)合生成存儲(chǔ)器地址

    • CS	代碼段寄存器（Code Segment）
      DS	數(shù)據(jù)段寄存器（Data Segment）
      ES	附加段寄存器（Extra Segment）
      SS	堆棧段寄存器（Stack Segment）

• IA-32體系結(jié)構(gòu)

  • Intel 80386 (1985年)

    • 主頻12.5-33MHz幕帆，27.5萬(wàn)個(gè)晶體管

    • 80X86系列中的第一款32位微處理器

    • 支持32位的算術(shù)和邏輯運(yùn)算舷丹，提供32位的通用寄存器

    • 地址總線擴(kuò)展到32位，可尋址4GB的內(nèi)存空間

    • 實(shí)模式-保護(hù)模式-虛擬8086模式

• X86-64體系結(jié)構(gòu)
  略

X86指令簡(jiǎn)介

• 指令的主要類別

  • 運(yùn)算類指令：如加蜓肆、減颜凯、乘、除仗扬、與症概、或、非等
    • ADD指令（加）
      • 格式：ADD DST早芭，SRC
      • 操作：DST<-DST+SRC
    • ADC指令（帶進(jìn)位的加）
      • 格式：ADC DST彼城，SRC
      • 操作：DST<-DST+SRC+CF
    • INC指令（加1）
      • 格式：INC OPR
      • 操作：OPR<-OPR+1
  • 傳送類指令：如從存儲(chǔ)器到通用寄存器，從通用寄存器到I/O接口等
    • 作用：把數(shù)據(jù)或地址傳送到寄存器或存儲(chǔ)器單元中
    • MOV指令（傳送）
      • 格式：MOV DST，SRC
      • 操作：DST<-SRC
      • 說(shuō)明：DST表示目的操作數(shù)募壕，SRC表示源操作數(shù)调炬，MOV指令把一個(gè)操作數(shù)從源傳送至目的，源操作數(shù)保持不變
  • 控制類指令：如暫停處理器舱馅，清除標(biāo)志位等
    • 作用：控制CPU的功能缰泡，對(duì)標(biāo)志位進(jìn)行操作
  • 轉(zhuǎn)移類指令：如無(wú)條件轉(zhuǎn)移，條件轉(zhuǎn)移代嗤，過(guò)程調(diào)用等
    • 作用：改變指令執(zhí)行順序
    • 說(shuō)明：根據(jù)是否有判斷條件棘钞，分為「無(wú)條件轉(zhuǎn)移指令」和「條件專業(yè)」指令；根據(jù)轉(zhuǎn)移目標(biāo)地址的提供方式干毅，可分為「直接轉(zhuǎn)移」和「間接轉(zhuǎn)移」

• 指令的運(yùn)行結(jié)果

  • 改變通用寄存器的內(nèi)容：如ADD AX,DX

  • 改變存儲(chǔ)單元的內(nèi)容：如MOV [10H],CX

  • 改變標(biāo)志位：如產(chǎn)生進(jìn)位

  • 改變指令指針：如 JMP [BX]

  • 改變外設(shè)端口的內(nèi)容：如訪問(wèn)顯示端口

  • 其他...

MIPS體系結(jié)構(gòu)

• 全稱：Microprocessor without Interlocked Piped Stages

  • 主要關(guān)注點(diǎn)

    • 減少指令的類型
    • 降低指令復(fù)雜度

  • 基本原則：A simpler CPU is a faster CPU

  • MIPS指令主要特點(diǎn)

    • 固定的指令長(zhǎng)度

    • 簡(jiǎn)單的尋址模式

    • 指令數(shù)量少宜猜，指令功能簡(jiǎn)單（一條指令只完成一個(gè)操作）

    • 只有Load和Store指令可以訪問(wèn)存儲(chǔ)器

    • 需要優(yōu)秀的編譯器支持

• MIPS指令簡(jiǎn)介

  • 基本格式：

    • R：Register，寄存器

    • I：Immediate硝逢，立即數(shù)

    • J：Jump姨拥，無(wú)條件轉(zhuǎn)移

Quiz ^[1]

1. 下列關(guān)于CISC和RISC的描述錯(cuò)誤的是？

   A渠鸽、CISC指令長(zhǎng)度是不固定的

   B叫乌、CISC指令的操作數(shù)必須預(yù)存于寄存器中

   C、RISC指令長(zhǎng)度是固定的

   D拱绑、RISC指令的操作數(shù)必須預(yù)存于寄存器中

   E、RISC架構(gòu)的指令種類通常比CISC架構(gòu)更少

   RISC：Reduced Instruction Set Computer丽蝎，精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)
   減少指令的類型猎拨，降低指令復(fù)雜度
   CISC：Complex Instruction Set Computer，復(fù)雜指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)

2. 下列關(guān)于Intel處理器及其推出時(shí)間描述錯(cuò)誤的是屠阻？

   A红省、Intel 8086——1978年

   B、Intel 80286——1982年

   C国觉、Intel 80386——1988年

   D吧恃、Intel Pentium——1993年

   E、Intel PentiumPro——1995年

   F麻诀、Intel Core i7——2008年

   G痕寓、Intel Core 2——2006年

   Intel 80386——1985

3. x86體系結(jié)構(gòu)中，寄存器EAX長(zhǎng)度為多少位蝇闭？ 32位

   x86體系結(jié)構(gòu)中呻率，寄存器AX長(zhǎng)度為多少位？ 16位

4. IA-32寄存器模型中包括以下哪些寄存器呻引？（多選題）

   A礼仗、通用寄存器

   B、指令指針寄存器

   C、頁(yè)面寄存器

   D元践、標(biāo)志寄存器

   E韭脊、段寄存器

5. 8086系統(tǒng)中標(biāo)志位CF的含義是？ Carry Flag

   8086系統(tǒng)中標(biāo)志位ZF的含義是单旁？ 零標(biāo)志（Zero Flag）

   8086系統(tǒng)中段寄存器DS的含義是沪羔？數(shù)據(jù)段寄存器（Data Segment）

   8086系統(tǒng)中段寄存器CS的含義是？代碼段寄存器（Code Segment）

   ES：附加段寄存器（Extra Segment）

   SS：堆棧段寄存器（Stack Segmeny）

6. 設(shè)CS=2500H慎恒，DS=2400H任内，SS=2430H，BP=0200H融柬，SI=0010H死嗦，DI=0206H，計(jì)算下列x86指令源操作數(shù)的物理地址：MOV AX粒氧，[2000H] *26000H*

   物理地址 = DS：2000H = 2400H16（左移4位）+2000H = 24000H + 2000H = 26000H
   CS(CodeSegment)：存放當(dāng)前正在運(yùn)行的程序代碼所在段的段基址16 + IP存放的偏移量 = 指令的物理地址越除。

   設(shè)CS=2500H，DS=2400H外盯，SS=2430H摘盆，BP=0200H，SI=0010H饱苟，DI=0206H孩擂，計(jì)算下列x86指令源操作數(shù)的物理地址：MOV AX，[BP+SI+4] *24514H*

   2430H * 16 + 0200H + 0010H + 4H = 24300H + 0214H = 24514H

   設(shè)CS=2500H箱熬，DS=2400H类垦，SS=2430H，BP=0200H城须，SI=0010H蚤认，DI=0206H，計(jì)算下列x86指令源操作數(shù)的物理地址：MOV AX糕伐，[DI+100H] *24306H*

   2400H * 16 +0206H +100H = 24000H +0306H = 24306H

7. 下列x86指令中砰琢，哪些屬于算術(shù)運(yùn)算指令？

   A良瞧、ADD

   B陪汽、DEC

   C、MOV

   D褥蚯、IN

   E掩缓、LEA：Load Effective Address

   I、CALL：調(diào)用子程序

   J遵岩、JNZ：條件轉(zhuǎn)移指令

   K你辣、LOOP

   L巡通、MUL：無(wú)符號(hào)乘法

8. 下列關(guān)于MIPS指令的主要特點(diǎn)說(shuō)法錯(cuò)誤的是？

   A舍哄、指令長(zhǎng)度固定

   B宴凉、尋址模式簡(jiǎn)單

   C、只有Load和Store指令可以訪問(wèn)存儲(chǔ)器

   D表悬、需要優(yōu)秀的編譯器支持

   E弥锄、指令數(shù)量多，且功能復(fù)雜

9. MIPS按照指令的基本格式可以分為三種類型蟆沫，以下不屬于這三種類型的是籽暇？

   A、R型指令

   B饭庞、I型指令

   C戒悠、J型指令

   D、O型指令

10. 某MIPS指令的機(jī)器碼是0x20A5FFFF舟山，對(duì)應(yīng)的匯編指令是什么绸狐？ *addi $a1,$a1,-1*

    二進(jìn)制數(shù)均以補(bǔ)碼的形式存放在計(jì)算機(jī)中

    正數(shù)：補(bǔ)碼 = 原碼

    負(fù)數(shù)：補(bǔ)碼 = 除符號(hào)位，原碼剩余每位取反累盗，末位+1

    FFFF= 1111 1111 1111 1111 為補(bǔ)碼形式寒矿，化為原碼

    1111 1111 1111 1110

    1000 0000 0000 0001 = -1

    0010(2) 0000(0) 1010(A) 0101(5) 1111 1111 1111 1111(FFFF) =>可知為I型

    001000（op = 8 = addi） 00101（rs = 5 = a1） 1111 1111 1111 1111（immediate = -1）

    某MIPS指令的機(jī)器碼是0x0005402A，對(duì)應(yīng)的匯編指令是什么若债？ *slt $t0,$0,$a1*

    0000 0000 0000 0101(5) 0100(4) 0000 0010(2) 1010(A)

    000000(R型指令) 00000(rs = 0 = a1) 01000(rd = 8 = $t0) 00000 101010(可知指令類型為slt )

11. 閱讀下面的x86匯編程序符相，回答問(wèn)題。

    設(shè)DS=1000H

    MOV SI, 1250H

    MOV DI, 1370H

    MOV CL, 3

    MOV AX, DS

    MOV ES, AX

    MOV BX, 5

    STD

    REP MOVSB

    請(qǐng)問(wèn)蠢琳，在這次串傳送操作中啊终，完成了第一個(gè)元素的傳送后，SI寄存器的值是什么挪凑？ **124FH*

    STD（DF置為1孕索，從源串的高位開(kāi)始傳送）

    源串地址：DS:SI = 1000H * 16 + 1250H = 11250H

    因?yàn)槭菑母呶婚_(kāi)始傳送逛艰，傳送完一個(gè)元素后躏碳，SI與DI自動(dòng)減1

    11250H = 112 0101 0000 (不夠減向前借2)- 0001 = 112 4 F

    閱讀下面的x86匯編程序，回答問(wèn)題散怖。

    設(shè)DS=1000H

    MOV SI, 1250H

    MOV DI, 1370H

    MOV CL, 3

    MOV AX, DS

    MOV ES, AX

    MOV BX, 5

    CLD

    REP MOVSB

    請(qǐng)問(wèn)菇绵，這次串傳送操作，總共傳送了多少個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)镇眷？ 不確定

12. 如果想用8086 CPU把內(nèi)存中某個(gè)區(qū)域的1024個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)傳送到另一個(gè)區(qū)域咬最，可以選用如下三種方法：

    （1）只使用傳送指令（MOV）；

    （2）使用傳送指令（MOV）欠动，并用條件轉(zhuǎn)移指令建立循環(huán)語(yǔ)句的結(jié)構(gòu)永乌；

    （3）使用串傳送指令（MOVSB）以及必要的配合指令惑申，不使用循環(huán)語(yǔ)句的結(jié)構(gòu)。

    請(qǐng)比較用這三種方法編寫(xiě)的程序翅雏，執(zhí)行時(shí)訪問(wèn)存儲(chǔ)器次數(shù)最少的是：方法三

    請(qǐng)比較用這三種方法編寫(xiě)的程序圈驼，執(zhí)行時(shí)訪問(wèn)存儲(chǔ)器次數(shù)最多的是：方法二

    請(qǐng)比較用這三種方法編寫(xiě)的程序，程序代碼占用存儲(chǔ)器空間最大的是：方法一

13. 很多x86指令的功能比較復(fù)雜望几，往往一條x86指令可以完成的功能绩脆，需要多條MIPS指令才能實(shí)現(xiàn)。請(qǐng)問(wèn)下列x86指令中橄抹，哪些確定能夠只用一條MIPS指令完成對(duì)應(yīng)的功能靴迫？（注：只需考慮這條指令本身，不用考慮對(duì)后續(xù)指令的影響）

    A楼誓、ADD ECX, 15H

    B玉锌、MOV EAX, 28H

    C、ADD EDX, EBX

    D慌随、ADD EAX, [13H]

    E芬沉、MOV EDX, [EBX+11H]

    F、ADD [EBX+ESI*4+200H], EAX

    G阁猜、REP MOVSB

    H丸逸、JZ LOOP_1

    D/E/F （訪寸需要額外的指令）

1. 引用自本文鏈接：https://blog.csdn.net/wydyd110/article/details/81382073 ?