计算机组成原理复习 --- 第四章指令系统

「爱情、让人受尽委屈。」 2023-02-22 07:56 60阅读 0赞

### 文章目录 ###

*   *   *   *  4.1 指令概述
             *  4.2 指令格式（重点）
             *  4.3 寻址方式

#### 4.1 指令概述 ####

计算机的指令有微指令、机器指令和宏指令。微指令为微程序级的命令，主要面向硬件，宏指令是由若干机器指令组成的软件指令，它是面向软件的。机器指令主要处在微指令和宏指令之间。

指令系统：一台计算机中所有机器指令的集合，称为这台计算机的指令系统。

指令是设计一台计算机的硬件和底层软件的接口。

指令：引起计算机执行某种操作的最小的功能单位

一个完善的计算机系统应具有以下四方面要求**RISC**

*  完备性
 *  有效性
 *  规整性
 *  兼容性

低级语言中机器语言（二进制语言）和汇编语言都是面向机器的语言。

计算机能够直接识别和执行的唯一语言是**二进制语言**，借助编译器或汇编器将符号语言（汇编语言）和高级语言翻译为二进制码组成的机器语言。

#### 4.2 指令格式（重点） ####

机器指令是用机器字来表示的，表示一条指令的机器字，就称为指令字，通常称为指令

一条指令的结构通常为：

> 操作码字段OP + 地址码字段 A

**地址码** 何处取操作数，操作数的地址

**操作码** 做什么操作

n位的操作码最多能够表示2^n条指令。

# 一个指令系统只有八位，则只需要3位作为操作码 即2^3 = 8
    # 一个指令系统有32位，则需要5位操作码，2^5 = 32

**指令字的长度**:包含的二进制代码的位数，机器字长是指计算机能直接处理的二进制数据的位数。

单字长指令：指令字长 = 机器字长

半字长指令：指令字长 = 1/2机器字长

双字长指令：指令字长 = 2机器字长

**指令格式**

*  定长的操作码（优点：硬件设计简单提高了指令译码和识别速度 ；缺点：指令长度较短，操作地址位数不足。用于字长较大的指令系统）
 *  变长的操作码（优点：在较短的指令字表示出较多的指令条数；缺点：硬件设计复杂，指令译码和识别速度慢）
 *  操作码与操作数地址有所交叉（不常用）

地址码来源：CPU内部寄存器、内存单元、外设接口寄存器

**四地址指令**（淘汰）：寻址空间2^9 A1第一操作数 A2第二 A3结果 A4下一条指令（访问内存次数过多5次）

**三地址指令**：寻址空间2^12 A1 A2 A3（访问四次） (A1 OP A2 -> A3)

**二地址指令**：寻址空间2^18 A1放操作数也放结果 A2 PC–下一条指令地址（访问四次） (A1 OP A2 -> A1)

**单地址指令**：寻址空间2^36 A1 ACC（累加器）放一个操作数又放结果，PC–下一条指令地址 (A1 OP AC -> AC)

**零地址指令**：操作数由堆栈提供

在二地址指令中，从操作数的物理位置又可分为：存储器-存储器 SS，寄存器-寄存器 RR，寄存器-存储器 RS

SS：参与操作的数都放在内存中，需要多次访问内存

RR：不需要访问内存

RS：既要访问寄存器还要访问内存

**指令助记符**

由于硬件只能识别0/1，所以采用二进制操作码，将指令采用3-4个英文字母的缩写来表示指令，缩写码称为指令助记符。

#典型的指令助记符#
    加法   ADD  001
    减法   SUB  010
    传送   MOV  011
    跳转   JMP  100
    转子   JSR  101
    存数   STO  110
    取数   LAD  111

> 例题

![在这里插入图片描述][20200702122816577.png]

如图指令格式，其中OP为操作码，分析指令格式的特点。

1.  单字长二地址指令
2.  操作码地段OP可以指定128条指令 2^7
3.  源寄存器和目标寄存器都是通用寄存器是RR型指令
4.  这种指令结构常用于算术逻辑运算类指令。

#### 4.3 寻址方式 ####

通过PC寻找指令，本次寻址？寻找操作数的地址

形式地址：指令中给出的地址

有效地址：操作数的真正地址（物理地址）

取指令–>分析指令–>执行指令

寻址方式分为两类：**指令寻址方式和数据寻址方式**

指令寻址又分为顺序寻址方式和跳跃寻址方式

> 数据寻址方式

*  立即寻址：指令的地址码就是操作数；
 *  直接寻址：指令中的形式地址就是操作数的有效地址；
 *  间接寻址（一次间址/多次间址）：形式地址是操作数有效地址的地址；
 *  隐含寻址：操作数隐含在累加器中；
 *  变址寻址：IR（变址）+D（形式地址） = 有效地址EA；
 *  基址寻址：将变址变为基址；
 *  复合寻址：变址和间址的复合（先变后间/先间后变）；
 *  相对寻址：主要用于转移指令
 *  堆栈寻址：通过堆栈指针SP给出操作数地址

RISC精简指令系统特点：

*  选取使用频率最高的一些简单指令，条数少；
 *  指令长度固定，格式种类少，寻址方式少；
 *  只有取数 存数指令访问存储器，其余指令操作都在寄存器间执行，速度快。

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