第四章 指令系统

1、基本概念

名称	概念
指令系统	一台计算机中所有机器指令的集合，称为这台计算机的指令系统。指令系统是表征一台计算机性能的重要因素，其格式与功能直接影响机器的硬件结构、软件、适用范围等。
寻址方式	告诉计算机如何获取指令和运算所需要的操作数。即如何提供将要执行的指令所在存储单元的物理地址；如何提供运算所需要的操作数所在存储单元的物理地址、或者操作数所在内部寄存器的编号。
CISC（Complex Instruction Set Computer）	指令条数多、结构形式复杂多样、寻址方式种类繁多、功能复杂多样、翻译执行效率低、很多指令难得用到。CISC 使计算机的研制周期长，难以保证正确性，不易调试、维护，大量使用频率很低的复杂指令浪费了系统硬件资源。
RISC（Reduced Instruction Set Computer）	选取使用频率最高的一些简单指令，指令条数少，复杂功能通过宏指令实现；指令长度、格式、结构形式、寻址方式种类少，翻译执行效率高；只有取数/存数指令访问存储器，其余指令的操作均在 CPU 内部寄存器之间进行。 RISC 可缩短计算机的研制周期、易于保证正确性、调试、维护，系统硬件资源使用效率高。

2、指令格式及寻址方式辨析

指令格式通常由操作码字段和操作数字段（地址码字段）组成。

操作码字段：表征指令的操作特性与功能，即要求计算机完成什么运算操作。

地址码字段：告诉计算机如何取得运算所需的操作数。

ADD AX,BX ; (AX) + (BX) → (AX)

操作码

（1）操作码字段的编码

不同指令的操作码字段用不同编码来表示，如001代表加法ADD、010代表减法SUB、110代表存数STR等。

CPU中控制器（有专门的译码电路）负责解释每个操作码的含义，从而产生相应的控制信号，指挥相关部件完成规定的运算操作。

（2）操作码字段的位数

操作码字段的位数取决于计算机指令系统所定义的操作类型。

如指令系统有8种操作类型，则操作码字段3位；有32种操作类型，则操作码字段5位。一般地，一个包含n位的操作码最多能表示2 ^ n种操作类型。

（3）操作码字段的结构形式

• 定长操作码字段：长度固定，译码控制电路简单、执行效率高。

• 变长操作码字段：长度不固定，一般有多种类型的长度，表示的指令类型多样，但译码控制电路复杂、执行效率低。

地址码

（1）地址码的分类

（2）双操作数（地址码）指令

• 寄存器-寄存器（RR）型指令：
  源操作数、目的操作数、运算结果都在CPU的内部寄存器中，不需要访问内存；
• 寄存器-存储器（RS）型指令：
  一个操作数在寄存器中、另一个操作数在内存单元中，需要访问内存；
• 存储器-存储器（SS）型指令：
  源操作数、目的操作数都在内存单元中，这种指令的长度、执行时间较长，需多次访问内存，一般限制使用。

指定字长度

• 等长指令字结构：
  各种指令字长度相同，结构形式简单，控制也简单；

• 变长指令字结构：
  各种指令字长度不相同的，结构形式灵活，控制复杂；

单字长指令 16位
双字长指令 32位
PS：计算时要加上 位移量

例题

操作数寻址方式

例题