计算机组成 指令系统

指令系统

指令系统概述

指令是要计算机执行某种操作的命令。从层次结构来说，可以分为：为微指令，机器指令，宏指令。

微指令：微程序的命令，它属于硬件；宏指令：由若干条机器指令组成的软件指令，它属于软件；机器指令：用机器字表示，简称指令。

指令系统：一台计算机的所有机器指令的集合，称为这台计算机的指令系统。

指令系统的性能要求

• 完备性

用汇编语言编写各种程序时，

指令系统丰富、功能齐全、使用方便。

• 有效性

该指令系统编写的程序能够高效率地运行。
高效率主要表现在程序占据存储空间小、执行速度快。

• 规整性
  规整性包括对称性、均齐性、指令格式和数据格式的一致性

  • 对称性

  在指令系统中所有的寄存器和存储单元都可同等对待，所有的指令都可使用各种寻址方式。

  • 匀齐性

  一种操作性质的指令可以支持各种数据类型

  • 指令格式和数据格式的一致性

  指令长度和数据长度有一定的关系（后面介绍），以方便处理和存取。

• 兼容性

系列机各机种之间具有相同的基本结构和共有的基本指令集，因而指令系统是兼容的，即各机种上基本软件可以通用。

指令格式

机器指令是机器字来表示。表示一条指令的机器字，就称为指令字，通常简称指令。

指令格式，则是指令字用二进制代码来表示的结构形式，通常由操作码字段和地址码字段组成。操作码字段表示指令的操作特征和功能，而地址字段指定参与操作的操作数的地址。

操作码

设计计算机时，对指令系统的每一条指令都要规定一个操作码。

指令的操作码表示指令该进行什么性质的操作，加减乘除，存数，移位，取数等等。

地址码

根据一个指令有几个操作数地址，称为几操作数指令或几地址指令。一般有：零地址指令、一地址指令、二地址指令、三地址指令。

• 零地址指令

只有操作码，没有地址码。eg：停机指令，就没有地址码

• 一地址指令

只有一个地址码，指定一个操作数，另一个操作数是隐含的。eg：累加寄存器。

• 二地址指令

有两个地址码字段兼做存放操作结构的地址。

在二地址指令格式中，从操作数的物理位置来说，可以归结为三种类型：
1.访问内存的指令格式，称为存储器-存储器(SS)型。
2.访问寄存器的指令格式，称为寄存器-寄存器(RR)型。
3.即要访问内存单元，又要访问寄存器，称为寄存器-存储器(RS)型。

• 三地址指令

三地址指令中有三个操作数

指令字长度

指令字长度：一个指令字中包含二进制代码的位数；机器字长：计算机能直接处理的二进制数据的位数，它决定了计算机的运算精度。

半字长指令：指令字长度等于半个机器字长度的指令。
单字长指令：指令字长度等于机器长度的指令。
双字长指令：指令字长度等于两个机器长度的指令。

多字长指令的缺点：必须两次或三次访问内存以取出一整条指令，这就降低了CPU的运算速度，同时又占用了更多的空间。

操作数类型

• 地址数据
• 数值数据
• 字符数据
• 逻辑数据

寻址方式

存储器既可以存放数据，也可以存放指令。

形成指令地址或者操作数地址的方式，是寻址方式，可分为：指令寻址方式和数据寻址方式。

指令寻址方式

指令寻址分为顺序寻址和跳跃寻址两种：

• 顺序寻址

通过程序计数器 PC 加 1，自动形成下一条指令的地址。

• 跳跃寻址

通过转移类指令实现。例如，对于 JMP 7 指令，无论在什么位置，它执行完后，便无条件地将 7 送至 PC，跳过其他指令，直接执行第 7 条指令。

数据寻址方式

更新中。。。