计算机组成原理

##第四章 指令系统
author:slightwjq
2022年12月30日

4.1 指令格式

机器指令是指示计算机执行某种操作的命令，一条指令通常包括地址码字段和操作码字段两部分。
指令字长和机器字长没有固定关系。
可分为：

• 1、零地址指令：只给出操作码，没有显式地址，有两种可能。
  • 不需要操作数的指令，如空操作，关中断。
  • 运算类指令仅用在堆栈计算机中。
• 2、一地址指令：三次访存
  • 只有目的操作数，如加一减一，求反，求补。
  • 隐含约定目的地址。
• 3、二地址指令：四次访存，常用的算术和逻辑运算。
• 4、三地址指令
• 5、四地址指令

拓展操作码：保留一定位数为下一层所用
* 不允许短码是长码的前缀，如哈夫曼树
* 操作码一定不能重复

指令类型：数据传送、逻辑和算术运算、移位操作、转移操作、输入和输出操作。

4.2 指令寻址方式

地址码字段不代表操作数真实地址，成为形式地址（A）。其有效地址为EA。
寻址方式分为指令寻址和数据寻址两大类。寻找下一条将要执行指令地址称为指令寻址；寻找本条指令的数据地址称为数据寻址。

指令寻址

• 顺序寻址：程序计数器PC加1，自动形成下一条指令地址。
• 跳跃寻址：本条指令给出下一条指令地址的计算方式。跳跃结果是当前指令修改PC值，因此下一条指令仍通过PC给出 。

数据寻址

• 隐含寻址：隐含操作数地址
• 立即寻址：指令地址字段给出的是操作数本身，补码表示。
• 间接寻址：EA = （A），可以多次间址。
• 寄存器寻址：指令中给出的是操作数所在的寄存器编号即EA = Ri。
• 寄存器间接寻址：Ri给出的不是操作数，而是操作数所在地址，EA = （Ri）
• 相对寻址：把PC内容加上指令格式中的形式地址A而形成有效地址，EA = （PC）+ A，A是相对于下一条指令的位移量（因为PC取指令后自动加1），便于程序浮动。
• 基址寻址：将基址寄存器BR的内容加上形式地址A而形成有效地址，EA = （BR）+ A，有利于多道程序设计，便于内存中浮动。
• 变址寻址：指令的形式地址A与变址寄存器IX的和形成有效地址，EA = （IX）+ A，IX面向用户，适合循环程序。
• 堆栈寻址。

4.4 CISC和RISC

CISC复杂指令系统计算机

指令长度不固定，指令格式多，寻址方式多，控制器采用微信程序控制。

精简指令系统计算机

选取使用频率最高的简单指令，复杂指令功能由简单功能组合实现。
指令长度固定，指令种类少，寻址方式种类少。
只有Load/Store指令能访存。
以硬布线控制器为主。

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