计算机组成原理知识点 第二章 指令系统

本章出题形式有选择、填空、简答，也就是说整张试卷每一种题型都有涉及到本章知识，内容较为繁杂，其中，数据表示以及寻址方式是要点。

考纲要求：计算机中的数据表示，包括定点数和浮点数的表示、校验码；计算机的指令格式，包括指令的基本格式、扩展操作码的指令格式；指令的寻址方式，包括数据寻址和指令寻址、常用寻址方式等。

指令系统是计算机硬件和软件的接口界面，也是计算机硬件的语言系统。

数据表示

定点数：在定点表示法中约定：所有数据的小数点位置固定不变。通常，把小数点固定在有效数位的最前面或末尾，这就形成了两类定点数：定点小数和定点整数。

浮点数:
式中：r是浮点数阶码的底，与尾数的基数相同，通常r=2。E和M都是带符号的定点数，E叫做阶码，阶码的符号位为e s ，阶码的大小反映了在数N中小数点的实际位置；M叫做尾数，尾数的符号位为m s ，它也是整个浮点数的符号位，表示了该浮点数的正、负。

浮点数精度由尾数f的位数决定

浮点数的表示范围由基数R和阶码e的位数决定

校验码：校验码是指那些能够发现错误或能够自动纠正错误的数据编码。常见的有奇偶校验码和循环冗余校验（CRC）码。

奇偶校验码：可以检测出一位错误（或奇数位错误），但不能确定出错的位置，也不能检测出偶数位错误。奇偶校验码是一种应用最广泛的校验码，常用于存储器读、写检查或ASCII字符传送过程中的检查。

奇偶校验码的编码方法是：由若干位有效信息（如一个字节），再加上一个二进制位（校
验位）组成校验码。

循环冗余校验码：

循环冗余校验码是通过除法运算来建立有效信息位和校验位之间的约定关系的

字符串大小端存放：当主存由两个或者4个字节组成时，在同一个主存字中，既可按从低位字节向高位字节的顺序存放字符的内容，也可以相反顺序来

 

 

指令格式

指令的基本格式

一条指令包括操作码字段和地址码字段，其中操作码指明了指令的操作性质及功能，地址码则给出了操作数的地址

这些信息可以在指令中明显的给出，称为显地址；也可以依照某种事先的约定，用隐含
的方式给出，称为隐地址。所以，从地址结构的角度可以分为三地址指令、二地址指令、一
地址指令和零地址指令。

扩展操作码的指令格式

原则：

• 不允许较短的操作码是较长操作码的前缀，例如，某条指令的操作码是11，而另一条指令的操作码是111,11是111的前缀，这样译码就会产生歧义。
• 各条指令的操作码一定不能重复。通常情况下，可以对使用频率较高的指令，分配较短的操作码；对使用频率较低的指令，分配较长的操作码。从而尽可能的减少指令译码和分析的时间。

指令的寻址方式

数据寻址

找到当前正在执行指令的数据地址，称为数据寻址。

数据寻址有很多方式，为了区别各种不同的方式，在指令字中通常设一个字段，用来指明属于何种寻址方式。

 

指令寻址

找到下一条将要执行的指令的地址称为指令寻址。在执行过程中，指令总是从内存单元被取到指令寄存器IR中。

一般来说，指令寻址只有两种方式：顺序执行时，用指令计数器（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中：立即寻址（直接地址）、相对寻址（先对地址）和间接寻址（间接地址）。

常用寻址方式

立即寻址：这种寻址方式直接给出操作数，不需要给出地址去其他地方找操作数。

直接寻址：

间接寻址

寄存器寻址

寄存器间接寻址

偏移寻址

堆栈寻址

相对寻址 基于程序局部性原理。其有效地址是将程序计数器（PC）的内容与指令字中的形式地址A相加而成 EA=（PC）+A。   

 

 

寻址方式	操作数位置	指令地址字段
立即数寻址	指令中	操作数
存储器直接寻址	存储器	操作数在存储器中的地址
寄存器直接寻址	寄存器	存放操作数的寄存器地址编号
存储器间接寻址	存储器	操作数地址在存储器中 的 地址
寄存器间接寻址	存储器	寄存器的内容是操 作数在存储器中的地址
基址寻址	相对于基址 (B) 处  位移量为A的单元
变址寻址	相对于形式地址A处 位移量为 (I) 的单元
堆栈寻址

 

两种类型指令系统计算机：CISC（复杂指令计算机）和RISC（精简指令计算机）

CISC：

1. 指令系统复杂  
2. 指令周期长
3. 各种指令都能访问存储器  
4. 有专用寄存器  
5. 采用微程序控制  

RISC:

1. 简化的指令系统
2. 以寄存器-寄存器方式工作
3. 指令周期短
4. 采用大量通用寄存器，以减少访存次数
5. 采用组合逻辑电路控制，不用或少用微程序控制
6. 采用优化的编译系统，力求有效地支持高级语言程序