第四奉指令系綻

?概述

?尋址方式

?指令系統

2012年6月11日10時24分DegangXu,HenanUniversityOfTechnology.

Xulaoshi@tom.com

概述

?指令：是指示計算機某種操作的命令。

微指令，機器指令，宏指令

?指令系統：一臺計算機中所有機器指令的集合。

它是機器硬件設計的依據，也是軟件設計的基礎。

它決定了一臺計算機硬件的主要性能和基本功能O

是硬件和軟件間的界面。

?余列計算機：有共同的指令集，相同的基本體系結

構。

?CISC和RISC

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2012年6月11日10時24分2

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1.完備性：指令豐富，功能齊全，使用方便。

2.有效性：程序占空間小，執行速度快。

3.規整性：對稱性，勻齊性，指令格式和數

據格式的一致性。

,4.兼容性：

“向上兼容”系列機中低檔機上運行

的軟件可以在高檔機上運行。

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2012年6月11日10時24分3

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計算機語言與硬件結構的關系

?高級語言的語句和用法與具體機器的指令系統無

關；

?低級語言分機器語言和匯編語言，他們和具體機

器的指令系統密切相關。

?匯編語言與硬件的關系密切，編寫的程序緊湊、

占內存小、速度快，特別適合與編寫經常與硬件

打交道的系統軟件；而高級語言不涉及機器的硬

件結構，通用性強、編寫程序容易，特別適合與

編寫與硬件沒有直接關系的應用軟件。

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2012年6月11日10時24分4

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概述

學器屑岑荀要素

-操作碼

-源操作數

-目的操作數

-下一條指令的引用

指令字（簡稱指令）即表示一條指令的機器字。.

指令格式則是指令字用二進制代碼表示的結構形

式，由操作碼字段和地址碼字段組成。__________

操作周操作數操作數

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2012年6月11日10時24分5

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1.操作碼

設計計算機時，對指令系統的每一條指令都

要規定一個操作碼。

指令操作碼表示該指令進行什么性質的操作，

表征指令的操作特性與功能。

組成操作碼字段的位數一般取決于計算機指

令系統的規模。

例如，一個指令系統只有8條指令，則有3位

操作碼就夠；如果有32條指令，那么就需要5位操

作碼。

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6

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2.地地碼

地址碼字段通常指定參與操作的操

作數的地址。

根據一條指令中有幾個操作數地址，可將

該指令稱為幾操作數指令或幾地址指令。目前,

二地址指令和一地址指令用的最多。

三地址指令操作碼A1A2A3

二地址指令操作碼A1A2

一地址指令操作碼A1

零地址指令操作碼

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2012年6月11日10時24分7

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?(1)零地址指令的指令字中只有操作碼，而沒有地

址碼。

?(2)一地址指令常稱為單操作數指令。

OP(A)->A(AC)OP(A)->AC

?(3)二地址指令常稱為雙操作數指令。

(Al)OP(A2)->Al

?(4)三地址指令字中有三個操作數地址。

?(Al)OP(A2)->A3

?0P表示操作性質；(AC)表示累加寄存器AC中的數;

(A)表示內存卡地址為A的存儲單元中的數或運

算器中地址為A的通用寄存器中的數；-表示把操

作(運算)結果傳送到指定的地方。

2012年6月11日10時24分DegangXu,HenanUniversityOfTechnology.

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式中，從操作數的物理位置來說,

又可歸2吉為三種類型。

?存儲器-存儲器（SS）型指令：操作時都是涉及

內存單元，參與操作的數都放在內存里，從內存某單

元中取操作數，操作結果存放至內存另一單元中，因

此機器執行這種指令需要多次訪問內存。

?寄存器-寄存器（RR）型指令：需要多個通用寄

存器或個別專用寄存器，從寄存器中取操作數，把操

作結果放到另一寄存器。機器執行寄存器-寄存器型指

令的速度很快，因為執行這類指令，不需要訪問內存。

?寄存器-寄存器（RS）型指令：執行此類指令時，

既要訪問內存單元，又要訪問寄存器。

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2012年6月n日10時24分9

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3.指令字長度

一個指令字中包含二進制代碼的位數，稱為

指令字長度。而機器字長是指計算機能直接處理

的二進制數據的位數，與主存單元的位數一致，

它決定了計算機的運算精度。

它們之間關系如上：其中L為指令字長度，N為機器字長度

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2012年6月11日10時24分10

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?使用多字長指令，目的在于提供足夠的地

址我來解決訪問內存任何單元的尋址問題。其

主要缺點是必須兩星或多妻訪問內存以取出一

整條指令，降低了CPU的運算速度，又占用了

更多的存儲空間。

?等長指令字結構:各種指令字長度是相等的O

這種指令字結構簡單，且指令字長度是不變的。

?變長指令字結構：各種指令李長度隨指令功

能而異。結構靈活，能充分利用指令程度，但

指令的控制較復雜。

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2012年6月11日10時24分11

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?4.指令助記符

由于硬件只能識別1和0,所以采用

二進制操作碼是必要的，但是書寫程序

卻非常麻煩。

為了便于書寫和閱讀程序，每條指

令通常用3個或4個英文縮寫字母來表示。

這種縮寫碼叫做指令助記符。

在不同的計算機中，指令助記符的

規定是不一樣的。因此，指令助記符還

必須轉換成與它們相對應的二進制碼。

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2012年6月n日10時24分12

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指令格式舉例

入佳微型計算機的指令格式

8位微型機字長只有8伉，指令結構是一種可變字

長形式，包含單字長、雙字長、三字長指令等多種。

單字長指令操作數

雙字長指令操作數操作數地址

三字長指令操作數操作數地址操作數地址1

內存按字節編址，所以單字長指令每執行~條指

令后，指令地址加7。雙字長指令或三字長指令每執

行一條指令時，指令地址要加2或加8,可見多字長的

指令格式不利于提高機器速度。

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2012年6月11日10時24分13

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才旨令和相令余統指令的使用

?一般的操作數類型大小選擇主要有：字

節、半字（16位）、單字（32位）、和

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例：指令格式如下所示，其中機器字長16位，0P

為操作碼，試分析指令格式的特點。

1597430

OP————源寄存器目標寄存器

［解］:

(1)單字長二進制指令。

(2)操作碼字段0P可以指定27=128條指令。

(3)源寄存器和目標寄存器都是通用寄存器(可分

別指定16個)，所以是RR型指令，兩個操作數均在寄

存器中。

(4)這種指令結構常用于算術邏輯運算類指令。

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2012年6月11日10時24分15

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?例：指令格式如下所示，0P為操作碼字

段，試分析指令格式特點。

15107430

OP|廠=--------II源寄存器|「變址寄存器

位喜量(16^^=

［解］：

(1)雙字長二地址指令，用于訪問存儲器。

(2)操作碼字段0P為6位，可以指定64種操作。

(3)一個操作數在源寄存器(共16個)，另一個

操作數在存儲器中(由變址寄存器和位移量決定)

所以是RS型指令。

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2012年6月11日10時24分16

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指令和數據的尋址方式

?指令的尋址方式

計算機中有兩種信息。即指令和數據（或稱操

作數），它們都存放在存儲器相應的地址中。運行

程序時，計算機逐條執行指令，并對數據進行處理。

如何從存儲器中找到所需要的指令或數據呢？很明

顯，只要找到它們在存儲器的有效地址即可。

所謂尋址方式，就是尋找指令或操作數的有效

地址的方式。

1.順序尋址方式：按照指令在內存的存放位置順序地

取出指令，然后執行的過程，為順序尋址方式。

2.跳躍尋址方式：程序轉移執行的順序。

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2012年6月11日10時24分17

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內存

PC

1.順序尋址100

A1100

為了達到順序尋址

101

的目的，CPU中必須有+1

一個程序計數器(PC)

對指令的順序號進行計

數。PC中開始時存放程

序的首地址，然后每執

行一條指令，PC加1,

以指由下條指令的地址，

直到程序結束。

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2012年6月11日10時24分18

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PC

100

2.跳躍尋址

當程序中出現分支或循環時,

就會改變程序的執行順序。此時,

對指令尋址就要采取跳躍尋址方

式。所謂跳躍，就是指下條指令

的地址不是通過程序計數器PC加

1獲得的，而是由指令本身給出。

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2012年6月11日10時24分19

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操作教的尋址方式

1.隱含尋址

2.立即尋址

3.直接尋址

4.間接尋址

5.寄存器尋址方式和寄存器間接尋址方式

6.相對尋址方式

7.基值尋址方式

8.變址尋址方式

9.塊尋址方式

10.段尋址方式

2012年6月11日10時24分DegangXu,HenanUniversityOfTechnology.

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指令和數據的尋址方式

?隱含尋址

這種類型的指令，不是明顯地給出操作數

的地址，而是指令中隱含著操作數的地址。

在指令中不明顯的給出而是隱含著操作數

的地址。例如，單地址的指令格式，沒有在地

址字段中指明第二操作數地址，而是規定累加

寄存器AC作為第二操作數地址，AC對單地址

指令格式來說是隱含地址。

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2012年6月11日10時24分21

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指令和數據的尋址方式

?立即地址

指令的地址字段指出的不是操作數的地址，而是操作

數本身，這種尋址方式稱為立即尋址。立即尋址方式的特

點是指令執行時間很短，因為它不需要訪問內存取數，從

而節省了訪問內存的時間。

例如：單地址的移位指令格式為

OP（移位）FD

這里，D不表示地址，而是表示某寄存器中存放的操

作數需要移位的次數，因此D可看做移位指令的操作數。F

為標志位，當F=1時，進行右移；當F=0時，進行左移。

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2012年6月11日10時24分22

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指令和數據的尋址方式

直接尋址

直接尋址是一種基本的尋址方法，其特點是:

在指令格式的地址字段中直接指出操作數在內存

的地址D。由于操作數的地址直接給出而不需要經

過某種變換或運算，所以稱這種尋址方式為直接

尋址守式。

OPXD=1350H---------------------

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2012年6月11日10時24分23

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指令和數據的尋址方式

■間接尋址

間接尋址是相對于直接尋址而言的，

在間接尋址的情況下，指令地址字段中的

形式地址D不是操作數的真正地址，而是

操作數地址的指示器,或者說D單元的內

容才是操作數的有效地址。

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2012年6月11日10時24分24

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指令和數據的尋址方式

OPX2D=1000H

操作數地址=2000H100°H

S=1234H操作數=1234H

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2012年6月11日10時24分25

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指令和數據的尋址方式

?寄存器尋址和寄存器間接尋址方式

當操作數不放在內存中，而是放在中央處理器的

通用寄存器中時，可采用寄存器尋址方式。顯然，此

時指令中給出的操作數地址不是內存的地址單元號，

而是通用寄存器的編號，操作數在CPU的內部寄存器

中。如：(AX,BX,CX,DX)

寄存器間接尋址方式與寄存器尋址方式的區別在

于：指令格式中的寄存器內容不是操作數，而是操作

數的地址，該地址指明的操作數在內存中。

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2012年6月11日10時24分26

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指令和數據的尋址方式

?相對尋址

把程序計數器PC的內容加上指令格式

中的形式地址D而形成操作數有效地址。程

序計數器的內容就是當前指令的地址。

因此，所謂“相對”尋址，就是相對

于當前指令地址而言。采用相對尋址方式

的好處是程序員勿需用指令的絕對地址編

程，因而所編程序可以放在內存任何地方。

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2012年6月11日10時24分27

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指令和數據的尋址方式

假設D=1000H,PC=2000H,則有效地址=(PC)+D

=2000H+1000H=3000H

操作數=(3000H)=1234H

)012年6月11日10時24分DegangXu,HenanUniversityOfTechnology.基

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才旨令和數據的尋址方式

?變址和基值尋址方式

?變址尋址方式與基值尋址方式有點

類似，它們都是把某個變址寄存器或基

值寄存器的內容，加上指令格式中的形

式血址而形成操作數的有效地址。

?但使用變址尋址方式的目的不在于

擴大尋址空間，而在于實現程序塊的規

律變化。

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2012年6月11日10時24分29

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指令和數據的尋址方式

DegangXu,HenanUniversityOfTechnology.

2012年6月11日10時24分30

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指令和數據的尋址方式

?復合尋址方式

?復合尋址方式是把間接尋址方式同相對尋

址方式或變址相結合而形成的尋址方式。它分

為先間接方式與后間接方式兩種。

(1)變址間接式

?這種尋址方式是先把變址寄存器的內容A

和形式地址D相加得A+D,然后間接尋址，求

得操作數的有效地顯。操作數的有效虛址為E=

(A+D)

年月日時分DegangXu,HenanUniversityOfTechnology.

2012611102431

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指令和數據的尋址方式

OPX3D

操作數

A

假設變址寄存器A的值為0050H,D=1000H,則有效地址

=((A)+D)=(0050H+1000H)=2345H

操作數=(2000H)=2345H

2012年6月11日10時24分DegangXu,HenanUniversityOfTechnology.

32

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指令和數據的尋址方式

(2)間接變址式

這種尋址方式是先將形式地址取間

接變換(D)=N然后把N和變址寄存器的

內容A相加)即得操作數的有效地址。操

作數的有效地址表達式為E=A+(D)

=A+N

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2012年6月11日10時24分33

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指令和數據的尋址方式

OPX3D

A

假設變址寄存器A的值為0050H,D=1000H,

則有效地址=A+(D)

=0050H+(1000H)=0050+2000=2050H

操作數=(2050H)=3456H

2012年6月11日10時24分DegangXu,HenanUniversityOfTechnology.34

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指令和數據的尋址方式

?決寸址:

通常在指令中指出數據塊的起始地址和數據塊

的長度，常用在輸入輸出指令中。

多用于I/O指令。對順序連續的成塊數據字進行

尋址。

目的：壓縮程序的長度，加塊執行速度。

用于：1）兩個部件間的數據交換；

2）程序，數據塊的浮動。

若塊的長度可變，格式如下：

操作碼源首址標志位末首址

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2012年6月11日10時24分35

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指令和數據的尋址方式

?段尋址

以8086的段尋址為例。這種尋址方式的實質是基值

尋址。Intel8086/8088微機中，ALU16位運算，但其

尋址范圍可到1M,

2012年6月11日10時24分36

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操作數尋址方式設計的要求

1.指令內包含的地址盡可能短；

短地址指令占存儲空間小，且能減少存儲時間。

2.能訪問盡可能大的存儲空間；

3.地址能隱含在寄存器里；

寄存器字長與機器字長相同，一般對應整個存儲

空間。這樣在發生大跨步跳躍時，用短指令也行。

4.希望在不改變指令的情況下改變地址的實際值；能

夠處理數組,表格或數據串。

5.尋址方式盡可能簡單。一

2012年6月11日10時24分DegangXu,HenanUniversityOfTechnology.節

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例：一種二地址RS型指令的結構如下所示:

6位4位1位2位16位

0PII—I隨用靜用EEI偏移量D

其中I為間接尋址標志位，X為尋址模式字段，D位偏

移量字段。通過I,X,D的組合，可構成下表所示的

尋址方式。請寫出六種尋址方式的名稱。

說明

00E二D

01E=(PC)+/-DPC為程序計數器

10E=(R2)+/-D

TTE=(R3)

00E=(D)

T1E=(RD+/T)R1為基址寄存器

⑴直接尋址⑵相對尋址⑶變址尋址

⑷寄存器間接尋此小5）眄技錄批⑹基址尋址

月］］日10時24分Degangxu,HenanUniversityOfTechnology.

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堆棧-----能存取數據的暫時存儲單元.

一.串聯堆棧

一組專門的寄存器，一個R保存一個數據。

數據的傳送在棧頂和累加器之間進行O

特點:速度高，后進先出。

AC

缺點：

AI1、寄存器的數目有F艮的

BII2、堆找讀出是破壞性的

C

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2012年6月11日10時24分39

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二.存儲器堆找

用一部分主存空間作堆棧.

優點：1.長度可隨意；

2.堆棧的數目可隨意指定；'

3.尋址簡單------用訪內指令.

硬件支持：

SP-一堆棧指示器（棧指針），CPU中一個專門寄存器。

SP的內容是棧頂的單元地址。改變SP的內容即可移

動棧頂的位置。

注意：主存中某一部分作為堆棧區后，該部分不能

作其它用途。

DegangXu,HenanUniversityOfTechnology.

2012年6月n日10時24分40

Xulaoshi@tom.com

-)進棧-----累加器中的數送堆棧保存.

(AC)-Msp(sp)—1Tsp

AC

a

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2012年6月11日10時24分41

Xulaoshi@tom.com

二)出找----將堆找中的教取出送累加器.

(sp)+1-sp(Msp)一AC

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2012年6月11日10時24分42

Xulaoshi@tom.com

8086堆棧指令

設sp的初值MOVsp,im

采用下推式(PUSHDOWN)

堆棧的最大容量為sP的初值與SS間的距離。

例：PUSHAX

分兩次完成：AH—sp,(sp)-1-sp

AL—sp,(sp)-1一sp

注意：

存儲器堆棧中，進棧時先存入數據，后修

改堆棧指示器；出棧時，先修改堆棧指示器，

然后取出數據。

DegangXu,HenanUniversityOfTechnology.

2012年6月11日10時24分43

Xulaoshi@tom.com

典型指令

?一臺計算機最基本的、必不可少的指令是不

多的，因為很多指令都可以用這些最基本的指令組

合來實現。

?既可以直接用硬件實現，也可以用其他指令

編成子程序來實現，但兩者在執行時間上差別很大,

因此在指令系統中，有相當一部分指令是為了提高

程序的執行速度和便于程序員編寫程序而設置的。

?另外，指令系統的有效性還表現在用它所編

制的程序占用的存儲器空間小。

DegangXu,HenanUniversityOfTechnology.

2012年6月11日10時24分44

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-分類（

1,數據傳送類

取數MOVAX,TEMP

存數MOVTEMP,AX

傳送MOVAX,CX

2.算術運算類

定點+,-,x,-,ADD,ADC,INC,

SUB,DEC,MUL,DIV等

浮點+,一，x,小，求反，求補NEG,比

較CMP

3.邏輯運算類

NOT,AND,OR,XOR,TEST

年月日時分DegangXu,HenanUniversityOfTechnology.

2012611102445

Xulaoshi@tom.com

4.程序控制類

1MlJMP

條件轉移C,Z,S,P,O

轉子程序JSR

子程序返回RET

中斷返回IRET

5,輸入/輸出類

INAX,nOUTn,AX

6.其他類

標志操作:CLC(clearcarryflag)

STC(setcarryflag)

CLI(clearinterruptelableflag)

HLT,WAIT,ESC,LOCK

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2012年6月n日10時24分46

Xulaoshi@tom.com

才旨令和才旨令余統一—指令的使用

算術和遺輯運算整數的算術和遛輯操作：加、減、與、或等。

數據傳輸Load/Store

控制分支、跳轉、過程調用和返回、自略等。

系統操作系統調用、虛擬存儲器管理等。

浮點浮點操作：加、乘等。

十進制十進制加、十進制乘、十進制到字符的轉換。

字符串字符串移現、字符串比較、字符串搜索等。

圖形象素操作、壓縮/解壓操作等。

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2012年6月11日10時24分47

Xulaoshi@tom.com

才旨令和相令余統指令的使用

執行頒率排序80X86指令指令執行頻率

1Load22%

2條件分支20%

3比較16%

4Store12%

5加8%

6與6%

7減5%

8寄存器-寄存器間數