指令系统——指令格式

古城微笑少年丶 2023-01-21 04:27 60阅读 0赞

### 文章目录 ###

*  现代计算机的结构
 *  指令格式
 *   *  指令的定义
     *  指令格式
     *   *  零地址指令
         *  一地址指令
         *  二、三地址指令
         *  四地址指令
         *  地址码的位数有什么影响？
     *  分类
     *   *  指令-按地址码数目分类
         *  指令-按指令长度分类
         *  指令-按操作码长度分类
         *  指令—按操作类型分类
 *  小结

首先我们再回忆一下现代计算机的结构  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NTUyNTI3Mg_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
搞错了，再来！

# 现代计算机的结构 #

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NTUyNTI3Mg_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]  
这次就开搞控制器！

学会指令系统就可以更精进之前搞的典型过程了：[https://yangyongli.blog.csdn.net/article/details/116792581][https_yangyongli.blog.csdn.net_article_details_116792581]

# 指令格式 #

## 指令的定义 ##

指令（又称机器指令）：是指示计算机执行某种操作的命令，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。

注：一台计算机只能执行自己指令系统中的指令，不能执行其他系统的指令。

例如：x86 架构、ARM架构之间不能互相执行对方架构系统的指令。

## 指令格式 ##

一条指令就是机器语言的一个语句，它是一组有意义的二进制代码。

一条指令通常要包括操作码字段和地址码字段两部分（如下图所示）：  
![在这里插入图片描述][20210514164135375.png]

操作码就是要表达用户要干什么？  
比如：停机中断、求反求补、加减乘除……

地址码就是要说明对谁进行操作？  
比如：不需要操作对象、需要一个操作对象、需要两个操作对象……

--------------------

其中 一条指令可能包含 0个、1个、2个、3个、4个 地址码…

根据地址码数目不同，可以将指令分为 零地址指令、一地址指令、二地址指令…

### 零地址指令 ###

![在这里插入图片描述][20210514203450601.png]

1.  不需要操作数，如空操作、停机、关中断等指令
2.  堆栈计算机，两个操作数隐含存放在栈顶和次栈顶，计算结果压回栈顶

### 一地址指令 ###

![在这里插入图片描述][20210514203639505.png]

1.  只需要单操作数，如加1、减1、取反、求补等  
    指令含义：OP(A1)→A1 ，完成一条指令需要3次访存：取指→ 读A1 →写A1
2.  需要两个操作数，但其中一个操作数隐含在某个寄存器（如隐含在ACC）  
    指令含义： (ACC)OP(A1)→ACC，完成一条指令需要2次访存：取指→ 读A1

注：A1 指某个主存地址， (A1)表示 A1 所指向的地址中的内容

### 二、三地址指令 ###

![在这里插入图片描述][20210514204612659.png]  
常用于需要两个操作数的算术运算、逻辑运算相关指令

指令含义：(A1)OP(A2)→A1  
完成一条指令需要访存4次，取指→读A1→读A2→写A1

![在这里插入图片描述][20210514204624669.png]  
常用于需要两个操作数的算术运算、逻辑运算相关指令

指令含义：(A1)OP(A2)→A3  
完成一条指令需要访存4次，取指→ 读A1→读A2 →写A3

### 四地址指令 ###

![在这里插入图片描述][20210514204912830.png]  
指令含义：(A1)OP(A2)→A3，A4=下一条将要执行指令的地址

完成一条指令需要访存4次，取指 →读A1 →读A2 →写A3

正常情况下：取指令之后 PC+1，指向下一条指令  
四地址指令：执行指令后，将PC的值修改位 A4 所指地址

小杨同学表示：事真多！  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NTUyNTI3Mg_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]

### 地址码的位数有什么影响？ ###

n位地址码的直接寻址范围=2n，若指令总长度固定不变，则地  
址码数量越多，寻址能力越差

## 分类 ##

### 指令-按地址码数目分类 ###

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NTUyNTI3Mg_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]

### 指令-按指令长度分类 ###

可以分为：半字长指令、单字长指令、双字长指令 ——指令长度是机器字长的多少倍

指令字长：一条指令的总长度（可能会变）  
机器字长：CPU进行一次整数运算所能处理的二进制数据的位数（通常和ALU直接相关）  
存储字长：一个存储单元中的二进制代码位数（通常和MDR位数相同）

指令字长会影响取指令所需时间。如：机器字长=存储字长=16bit，则取一条双字长指令需要两次访存

**定长指令字结构**：指令系统中所有指令的长度都相等  
**变长指令字结构**：指令系统中各种指令的长度不等

### 指令-按操作码长度分类 ###

1.  定长操作码：指令系统中所有指令的操作码长度都相同（n位 → 2n条指令）  
    ——控制器的译码电路设计简单，但灵活性较低
2.  可变长操作码：指令系统中各指令的操作码长度可变  
    ——控制器的译码电路设计复杂， 但灵活性较高
3.  扩展操作码指令格式：定长指令字结构+可变长操作码

### 指令—按操作类型分类 ###

1.  数据传送（数据传送类：进行主存与CPU之间的数据传送）  
    LOAD 作用：把存储器（源）中的数据放到寄存器（目的）中  
    STORE 作用：把寄存器（源）中的数据放到存储器（目的）中
2.  算术逻辑操作  
    算术：加、减、乘、除、增 1、减 1、求补、浮点运算、十进制运算  
    逻辑：与、或、非、异或、位操作、位测试、位清除、位求反
3.  移位操作  
    算术移位、逻辑移位、循环移位(带进位和不带进位)
4.  转移操作（程序控制类：改变程序执行的顺序）  
    无条件转移 JMP  
    条件转移 JZ：结果为0；JO：结果溢出；JC：结果有进位  
    调用和返回 CALL和RETURN  
    陷阱(Trap)与陷阱指令
5.  输入输出操作（输入输出类（I/O）：进行CPU和I/O设备之间的数据传送）  
    CPU寄存器与IO端口之间的数据传送(端口即IO接口中的寄存器)

# 小结 #

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