计算机组成原理知识总结-指令系统
计算机组成原理
指令系统
4.1 机器指令
指令其实就是一组有特殊意义的二进制数,指示计算机执行某种操作的命令,也叫机器字或指令字,是计算机运行的最小功能单位。一台计算机的所有指令的集合构成该机的指令系统,也称为指令集。指令系统是计算机的主要属性,位于硬件和软件的交界面上。
指令字长度:一个指令包含的二进制数的位数
机器字长:计算机能直接处理的二进制数的位数,通常与主存单元的位数一致
-
指令字长度 = 机器字长度 称为单字长指令
-
指令字长度 = 0.5 × 机器字长 称为半字长指令
-
指令字长度 = 2 × 机器字长 称为双字长指令
(1) 指令分类
- 根据层次结构:高级、汇编、机器、微指令
- 根据地址码字段个数:零、一、二、三地址指令
- 根据操作数物理位置: 存储器-存储器(SS)
- 寄存器-寄存器(RR)
- 寄存器-存储器(RS)
一条指令通常包括操作码和地址码两部分
操作码(OP)指出执行什么操作,如加减乘除、存数、取数等。CPU中有专门电路来解释操作码,从而执行相应的操作。3位操作码最多可表示8条不同的指令
地址码(A)给出数据或者指令的地址
根据指令中操作数地址码的数目的不同,可将指令分为以下几种:
1.零地址指令:
OP |
---|
只有操作数,没有地址码,这种指令有两种可能:
①不需要操作数,如停机指令
②零地址的运算类指令仅用在堆栈计算机中,通常参与运算的两个操作数隐含地从栈顶和次栈顶弹出,送到运算器进行运算,运算结果再隐含地压入到堆栈中
2.一地址指令:
OP | A1 |
---|
只有一个地址码,有两种可能:
①单操作数指令,如自增1.自减1,求反,求补等
OP(A1) -> (A1)
②另一个操作数的地址是隐含的,可约定由ACC(累加器)提供
(ACC)OP(A1) -> ACC
若指令字长为32位,操作码占8位,地址码占24位,则该指令操作数的直接寻址范围为:2^24^ = 16M
3.二地址指令:
OP | A1 | A2 |
---|
A1给出目的操作数的地址,A2给出源操作数的地址
(A1)OP(A2) -> A1
若指令字长为32位,操作码占8位,2个地址码各占12位,则该指令操作数的直接寻址范围为:2^12^ = 4k
4.三地址指令:
OP | A1 | A2 | A3 |
---|
A1给出目的操作数的地址,A2给出源操作数的地址,A3存放操作结果
(A1)OP(A2) -> (A3)
若指令字长为32位,操作码占8位,3个地址码各占8位, 则该指令操作数的直接寻址范围为:2^8^ = 256
5.四地址指令:
OP | A1 | A2 | A3 | A4 |
---|
A1给出目的操作数的地址,A2给出源操作数的地址,A3存放操作结果,A4给出下一条将要执行的指令的地址
(A1)OP(A2) -> (A3)
若指令字长为32位,操作码占8位,4个地址码各占6位, 则该指令操作数的直接寻址范围为:2^6^ = 64
(2)指令格式
操作码+数据源+寻址方式
4.2 寻址方式
指令寻址方式:顺序寻址,跳跃寻址
操作数寻址方式:
寻址方式 | 有效地址 | 访存次数 |
---|---|---|
隐含寻址 | 程序指定 | 0 |
立即寻址 | A即是操作数 | 0 |
直接寻址 | EA=A | 1 |
一次间接寻址 | EA=(A) | 2 |
寄存器寻址 | EA=Ri | 0 |
寄存器间接一次寻址 | EA=(Ri) | 1 |
相对寻址 | EA=(PC)+A | 1 |
基址寻址 | EA=(BR)+A | 1 |
变址寻址 | EA=(IX)+A | 1 |
4.3 CISC与RISC
CISC(复杂指令系统)
- 指令多(可变长模式)
- 使用频率差别大
- 寻址方式多
- 计算机没有大规模使用的时候推出的(指令、硬件都是定制的)
- 微程序控制技术(微码)
RISC(精简指令系统)
- 指令少
- 使用频率接近
- 寻址方式少
- 针对寄存器操作
- 只有Load/Store操作内存
- 通用寄存器
- 硬布线逻辑控制
- 适合采用流水线
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