第四章 指令系统

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总览

1. 指令格式
   1. 指令的基本格式
   2. 定长操作码指令格式
   3. 不定长操作指令格式
2. 指令的寻址方式
   1. 数据寻址和指令寻址
   2. 常见寻址方式
3. CISC和RISC的基本概念

1. 指令格式
   1. 指令的基本格式

1. 零地址指令
   1. 没有操作数的指令。如操作指令、停机指令、关中断指令
   2. 堆栈计算机中的零地址运算类指令。堆栈计算机中参与运算的两个操作数隐含的从栈顶和次栈弹出，送到运算器进行运算，运算的结构再隐含地压入堆栈中。
2. 一地址指令
   1. 只有目的操作数的单操作数指令，OP（A1） à A1
   2. 隐含约定目的地址的双操作数指令，另一个操作数由累加器ACC提供，运算结果也在ACC中，(ACC) OP (A1) à ACC
3. 二地址指令
   1. (A1) OP (A2) à A2

1. 三地址指令
   1. (A1) OP (A2) à A3
2. 四地址指令
   1. (A1) OP (A2) à A3, A4为下一条指令地址
3. 指令字长与机器字长
   1. 指令字长指一条指令所占用存储空间的大小，一般为字节的整数倍；指令字长取决于操作码的长度、操作地址的长度以及操作数地址的个数。
   2. 机器字长是CPU一次能处理的数据长度，通常等于内部寄存器的位数。

1. 定长操作码指令格式

   在指令字的最高位部分分配固定的若干位表示操作码。对于具有n位操作码字段的指令系统，最多能够表示2^n条指令。

2. 不定长操作码指令格式
   1. 不允许较短的操作码是较长操作码的前缀
   2. 各条指令的操作码一定不可以重复
   3. 用高位的剩余空间扩充低位的表示范围，以节省空间

1. 指令的寻址方式
   1. 数据寻址和指令寻址
      1. 指令寻址：找到下一条将要执行指令的地址；一般来说有两种方式：顺序执行时，用（PC）+"1"来得到下一条指令的地址：跳转执行时，通过转移指令的寻址方式，计算出目标地址，送到PC中即可。目标转移地址的形成方式主要有3种：立即寻址、相对寻址和简介寻址。
      2. 数据寻址：找到当前正在执行指令的数据地址

1. 常见数据寻址方式

1. CISC和RISC的基本概念
   1. RISC的主要特点
      1. 指令长度固定，指令格式种类少，寻址方式种类少
      2. 只有取/存数指令访问存储器，其余指令的操作都在寄存器内完成
      3. CPU中有多个通用寄存器
      4. 采用流水线技术，大部分指令在一个时钟周期内完成。采用超标量和超流水线技术，可使每条指令的平均执行时间小于一个时钟周期。
      5. 控制器采用组合逻辑控制，不采用微程序控制
      6. 采用优化的编译程序
   2. CISC的主要特点
      1. 指令系统复杂庞大，指令数目一般多大200-300条
      2. 指令长度不固定，指令格式种类多，寻址方式种类多
      3. 可以访存的指令不收限制
      4. 由于80%的程序使用其20%的指令，因此CISC各指令的使用频率差距太大。
      5. 各种指令执行时间相差很大，大多数指令需多个时钟周期才能完成。
      6. 控制器大多数采用微程序控制。
      7. 难以用优化编译生成高效的目标代码程序。
   3. RISC和CISC的比较
      1. RISC比CISC更能提高计算机的运算速度，列入，由于RISC寄存器多，因此就可以减少访存次数，其次，由于指令数和寻址方式少，因此指令译码较快。
      2. RISC比CISC更便于设计，可降低成本，提高可靠性。
      3. RISC能有效支持高级语言程序。

第四章 指令系统

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