6
1.4 指令集的设计
A 4-address instruction format
f bits n bits f unc tion op 1 addr . n bits op 2 addr . n bits n bits des t. addr . nex t_i addr .
7
A 3-address instruction format
4
冯•诺依曼结构VS哈佛结构


每个嵌入式系统至少包含一个嵌入式微处 理器 嵌入式微处理器体系结构可采用冯•诺依曼 （Von Neumann）结构或哈佛（Harvard） 结构
主存储器 地址 数据 地址 CPU 数据存储器 数据 地址 PC CPU
MOV r8,#8 冯•诺依曼结构
PC
程序存储器 MOV r8,#8
f bits n bits f unc tion op 1 addr .
n bits op 2 addr .
n bits des t. addr .
8
A 2-address instruction format
f bits n bits f unct ion op 1 addr .
n bits des t. addr .
操作码 F7 B A 主存
操作数
基址寄存器
A’
程序段
操作数的EA=(B)+A
14
8、变址寻址方式 与基址寻址方式类似，区别为使用的是变址REG。 该寻址方式很适用于对程序块规律性处理(如数组)。 9、隐含寻址方式 操作数不显式地在地址码中给出，指令隐含约定(默认)该操 作数的存在及位置。如过程调用/返回操作的地址在堆栈中。
段内地址
主存
A’
操作数
13
操作数的EA=(A)=A’
6、相对寻址方式 有效地址为程序计数器PC内容与偏移量相加的结果。
操作码 F6 操作数的EA=(PC)+A 程序计数器PC XX A 主存
目标指令
程序段
7、基址寻址方式
有效地址为基址REG内容与偏移量相加的结果。 该寻址方式特别适用于段式存储管理。
REG号
地址寄存器 …
A’
主存
段内地址 操作数
…
程序段
12
4、直接寻址方式
形式地址为MEM操作数的有效地址。 通常用于单个单元操作和无条件转移指令。
操作码 F4 操作数的EA=A A
段内地址
主存
操作数
程序段
5、间接寻址方式 形式地址为存放MEM操作数地址的地址。 因需要两次访存，现在已基本不用。
操作码 F5 A
指令 哈佛结构
5


传统的微处理器采用的冯·诺依曼结构将指令和 数据存放在同一存储空间中，统一编址，指令 和数据通过同一总线访问。 哈佛结构则是不同于冯·诺依曼结构的一种并行 体系结构，其主要特点是程序和数据存储在不 同的存储空间中，即程序存储器和数据存储器 是两个相互独立的存储器，每个存储器独立编 制、独立访问。与之相对应的是系统中设置的 两条总线（程序总线和数据总线），从而使数 据的吞吐率提高了一倍。
考核方式和评分标准

考核方式

平时作业和表现（占10%）+实验（占20%） +笔试（70%，闭卷考试 ）
分数分配表
10% 20%
作业 实验 考试
70%1Βιβλιοθήκη C H A P T E R
1
处理器设计导论
2
嵌入式系统

一般定义 以应用为中心、以计算机技术为基础，软硬件可裁剪, 应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗和应用 环境有特殊要求的专用计算机系统。是将应用程序、 操作系统和计算机硬件集成在一起的系统（技术角度） 嵌入式系统是设计完成复杂功能的硬件和软件，并使 其紧密耦合在一起的计算机系统。（系统角度） 术语嵌入式反映了这些系统通常是更大系统（被称 之为嵌入的系统）的一个完整子系统。嵌入式的系 统可以包含多个嵌入式系统。 广义定义 任何一个非PC的计算系统
形式地址为常数操作数本身。
操作数=A
2、寄存器(直接)寻址方式 形式地址为存放REG操作数的REG编号。
操作码 F2 A
REG号
通用寄存器 …
操作数
操作数=(A)
3、寄存器间接寻址方式
…
形式地址为存放MEM操作数地址的地址REG编号。
注：地址REG—有基址REG和变址REG两种类型。 操作码 F3 操作数的EA=(A) A
16
CISC与RISC的数据通道
开始
IF
ID
ALU
MEM
微操作通道
REG
退出
CISC：寻址方式复杂
开始
IF
ID
REG
ALU
MEM
退出
单通数据通道
RISC：Load/Store结构
17
RISC基本设计思想



减小CPI: CPUtime=Instr_Count * CPI * Clock_cycle 精简指令集：保留最基本的,去掉复杂、使用频度不高的指 令 采用Load/Store结构，有助于减少指令格式，统一存储器 访问方式 采用硬接线控制代替微程序控制
3

IEEE定义

嵌入式系统是“用于控制、监视或者辅助操作 的机器、设备或装置”（原文为devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants）。



通常执行特定功能 嵌入式系统的核心----嵌入式微处理器 严格的时序和稳定性要求 全自动操作循环
9
A 1-address (accumulator) instruction format
f bits n bits f unction op 1 addr .
10
A 0-address instruction format
f bits f unc tion
11
1、立即寻址方式
操作码 F1 A
操作数类型 常用寻址方式 数据 除相对寻址外，一般均可使用 指令地址 一般使用相对、直接、寄存器间接方式
☆不同指令系统对寻址方式的命名可能有所不同！
15
1.6 精简指令集计算机
CISC：复杂指令集（Complex Instruction Set Computer） 具有大量的指令和寻址方式，指令长度可变 8/2原则：80%的程序只使用20%的指令 大多数程序只使用少量的指令就能够运行。 RISC：精简指令集（Reduced Instruction Set Computer) 只包含最有用的指令，指令长度固定 确保数据通道快速执行每一条指令 使CPU硬件结构设计变得更为简单