指令系统——计算机组成原理
指令系统
4.1指令系统的发展与性能要求
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指令系统的发展
计算机的程序是由一系列的机器指令组成
计算机的指令有
微指令、机器指令、宏指令之分。微指令是微程序级的命令，属于硬件；宏指令是由若干机器指令组成的软件指令，属于软件；机器指令介于微指令与宏指令之间，通常简称为指令一台计算机上的所有机器指令的集合成为这台计算机的
指令系统有CISC和RISC之分，前者是复杂指令系统计算机，后者是精简指令系统计算机
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指令系统的性能要求
（1）完备性：指令足够使用
（2）有效性：程序占据存储空间小、执行速度快
（3）规整性：包括指令系统的对称性、匀齐性、指令格式和数据格式的一致性
（4）兼容性：系列机各机种之间具有相同的基本结构和共同的基本指令集
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低级语言与硬件结构的关系：略
4.2指令格式
机器指令是用机器字来表示的。表示一条指令的机器字成为指令字，简称指令。
指令格式，是指令字用二进制代码表示的结构形式，通常由操作码字段和地址码字段组成
操作码字段：OP；
地址码字段：A
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操作码
OP表示该指令应进行什么性质的操作，如加、减、乘、除等。
一般来说，一个包含n位的操作码最多能够表示 2^n 条指令
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地址码
根据一条指令中有几个操作数地址，可将该指令称为几操作数指令或几地址指令
有零地址指令、一地址指令、二地址指令和三地址指令
在二地址指令格式中，可以归结为三种类型：
（1）访问内存的指令格式，称为
存储器-存储器(SS)型指令，这种操作时都是涉及内存单元（2）访问寄存器的指令格式，称为
寄存器-寄存器(RR)型指令（3）
寄存器-存储器(RS)型指令 -
指令字长度
一个指令字中包含二进制代码的位数，称为指令字长度。
机器字长是指计算机能直接处理的二进制数据的位数，决定了计算机的运算精度。机器字长通常与主存单元的位数一致。
指令字长度等于机器字长度的指令，称为单字长指令；等于半个机器字长的指令，称为半字长指令；等于两个机器字长度的指令，称为双字长指令
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指令助记符
硬件只能识别1和0，操作码在机器上都有对应的二进制代码。便于书写和阅读，用英文的缩写代替，缩写码叫做指令助记符，如ADD、SUB、MOV、JMP等
例题：
指令格式如下，OP为操作码，试分析指令格式的特点
|15 9| |7 4|3 0|
| OP | —— | 源寄存器 | 目标寄存器 |
解：
（1）单字长的二地址指令
（2）操作码字段OP可以指定2^7=128条指令
（3）源寄存器和目标寄存器都是通用寄存器，可分别指定16个，RR型指令
（4）常用于算术逻辑运算类指令
指令格式如下，分析指令格式特点
|15 10| |7 4|3 0|
| OP | —— | 源寄存器 | 变址寄存器 |
| 位移量（16位) |
解：
（1）双字长二地址指令，用于访问存储器
（2）OP为6位，可以指定64种指令
（3）一个操作数在源寄存器中，目标操作数在存储器中（由变址寄存器和位移量决定），RS型指令
4.3操作数类型
略
4.4指令和数据的寻址方式
存储器既可以存放数据，也可以存放指令。
寻址方式分为两类，指令寻址方式和数据寻址方式。
冯.诺依曼型结构的计算机中，内存中指令的寻址与数据的寻址是交替进行的
哈佛型计算机中指令寻址和数据寻址是独立进行的
（1）指令的寻址方式
有顺序寻址和跳跃寻址之分
（2）操作数基本寻址方式
形成操作数的有效地址的方式，称为操作数的寻址方式
有 隐含寻址、立即寻址、直接寻址、间接寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址、偏移寻址（相对寻址(使用PC)、基址寻址、变址寻址）
段寻址方式 ：基地址+偏移量
4.5典型指令
- MOV 传送
- STO 存数 ： 由CPU向存储器传送字
- LAD 取数 ： 由存储器向CPU传送字
- EXC 交换 ： 源和目标交换内容
- CLA 清零
- SET 置1
- PUS 进栈
- POP 退栈
- ADD、SUB、MUL、DIV、ABS、NEG（变负）、INC（增量，操作数加1）、DEC（减量，操作数减一）
- AND、OR、NOT、EOR（异或）、TES（测试）、COM（比较）、SHI（移位）、ROT（循环移）
- JMP、JMPX（条件转移）、JMPC（转子）、RET（返回）
