计组原理知识点整理之指令系统
计算机组成原理
指令系统
指令概述
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微指令
- 硬件
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机器指令
- 简称指令
- 符号表示---->汇编指令
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宏指令
- 软件
指令系统
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指令系统分类
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复杂指令系统计算机CSIC
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精简指令系统计算机RSIC
- 选取使用频率最高的一些简单指令，指令条数少
- 指令长度固定，指令种类少，寻址方式种类少
- 只有取数存数指令访问存储器，其他都在寄存器中进行
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性能要求
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完备性
- 功能齐全
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有效性
- 效率高
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规整性
- 指令格式与数据格式一致性
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兼容性
- 向上兼容
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指令格式
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指令字
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指令字长度
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一个指令字中包含二进制代码的位数，其长度应该与计算机的数据字长相匹配，以简化指令访存的操作，一般指令字长为计算机字长的整数倍。
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分类
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单字长指令
- 指令字长等于机器字长
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双字长指令
- 指令字长等于两个机器字长指令
- 目的：提供足够的地址位来解决访问内存任何单元的寻址问题
- 缺点：是必须两次或多次访问内存以取出一整条指令，降低了CPU的运算速度，又占用了更多的存储空间。
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机器字长
- 计算机能直接处理的二进制数据的位数，他决定了计算机的运算精度。
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结构
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操作码OP
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分类
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固定长度
- 优点:编码方法简单，便于指令的译码
- 缺点：不方便指令系统中增加新的指令（扩展不方便）
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可变长度
- 减小操作码的平均长度，提高指令编码的效率，指令的扩展方便
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计算指令操作码的平均长度
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设计
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与地址码的设计相匹配
- 如指令长度固定的情况下，地址码数量较多的指令可以安排较短的操作码，地址码数量较少的指令中可以安排较长的操作码
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编码
- 哈夫曼编码
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扩展
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地址码A
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零地址指令
- 空操作 停止等
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一地址指令
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AC<-(AC)op(A)
- 指令编码中只有一个地址码，指出了参加操作的一个操作数的存储位置A
- 如果还有另一个操作数则隐含在累加器AC中
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二地址指令
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A1<-(A1)op(A2)
- eg: MOV AL ,BL
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ADD AL,30
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按操作数所在位置分类
- 寄存器-寄存器（RR）型指令
- 寄存器-存储器（RS）型指令
- 存储器-存储器（SS）型指令
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三地址指令
- A3<-(A1)op(A2)
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特点
- 指令字长
- 地址格式
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寻址方式
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指令寻址
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目的
- 确定下一条预执行指令的指令地址
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寻址方式
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顺序寻址
- （PC）+1->PC 程序计数器自动加1
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跳跃寻址
- 由转移指令JMP指出
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数据寻址
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目的
- 把操作数的形式地址A，变换为操作数的有效地址EA
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寻址方式
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隐含寻址
- 例如：单地址的指令格式，没有在地址字段指明第二操作数地址，而是规定累加寄存器AC作为第二操作数地址，AC对单地址指令格式来说是隐含地址
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立即寻址
- 形式地址A就是操作数本身
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直接寻址
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EA=A
- 直接根据读内存找到操作数，形式地址不需要经过任何处理
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间接寻址
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EA=(A)
- 有效地址由形式地址间接提供，形式地址是操作数的地址的地址
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寄存器寻址
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EA=R
- 形式地址是寄存器的编号，直接去寄存器中寻址操作数
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寄存器间接寻址
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EA=(R)
- 操作数里存放的是寄存器的编号，寄存器中存的不是操作数而是操作数的有效地址。所以操作数在存储器里。
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偏移寻址
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EA=A+(R)
- 形式地址需要和另一个寄存器中的地址相加，
形式地址A是显示的，另一个地址字段隐含在某个专用的寄存器R中
- 形式地址需要和另一个寄存器中的地址相加，
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根据寄存器的不同类型来分类
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相对寻址
- EX=A+(PC) ----PC程序计数器 PC存储当前正在执行指令的地址
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基址寻址
- EA=A+(BR) BR为基地址寄存器
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变址寻址
- EA=A+(IX) IX为变址寄存器（专用） 通用寄存器也可以作为变址寄存器
- 在程序执行的过程中IX内容可变，形式地址A不变，便于处理数组问题
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堆栈寻址
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指令分类
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数据处理
- 算数运算型指令
- 逻辑运算型指令
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数据存储
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数据传送
- 输入输出类指令
- 数据传送类指令
- 指令传送类指令
- 标志传送指令
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程序控制
- 系统控制类指令
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