【计算机组成原理】指令系统体系结构

前言

指令系统其实就是软件和硬件之间的约定。比如，硬件工程师按照某个指令集合设计好CPU，软件程序员同样遵循该指令集合来编写代码，并写入到存储器中，然后CPU自动的读取指令，译码，执行。

x86体系结构

x86有很多代CPU，这里只介绍16位的8086，之后出现的80386等等都是对字长的扩展，以及增添了几个寄存器，而指令集合也都是向前兼容的。

8086CPU

里面有哪些寄存器

标志寄存器的内部

一个简单的例子

这个例子如果看懂了，就知道这是一个16进制的加法运算，而且两个操作数的长度还得是一样的。下面来讲一下其中重要的细节。

• 这个存储器是以字节为单位的(8 bit)，而CPU寄存器是16位的(word = 16 bit)，也就是说CPU从存储器里取数的时候一次要取两个字节。例如，MOV AX, [SI]，这里AX中的数将会是8888H。
• CLC清零标志位CF。
• ADC加法运算的时候会将进位也加进去。
• 两条INC SI不能改成ADD SI 2，因为ADD会影响标志位CF。
• JNZ会判断前一条语句的结果是否为0。利用了标志寄存器中的ZF位。
• 最后三句是为了将最后一个进位加到结果中去。

一个复杂的例子

这个例子是利用MOVSB和REP来执行串操作，也就是一整块数据的传输，这个操作对编写代码带来了便利。其中的细节。

• DS段寄存器中存了基址，然后前两句MOV是把DS的内容放到ES中去了。
• 接下来两条MOV，把源串的偏移地址存到SI，目标串的偏移地址存到DI。
• CLD。将会把标志寄存器中的DF位设置为0，即表示从源串的低地址开始传送。（STD的作用与之相反）
• CX寄存器，存的数是表示重复的次数，下面REP前缀修饰的MOVSB操作，执行的时候会自动将CX减1。

MIPS体系结构

MIPS是精简指令系统(RISC)的经典代表，是RISC的先驱。它的设计理念是减少指令数量，降低指令复杂度。它的基本原则是：a simpler CPU is a faster CPU。

它的主要特点：

• 固定的指令长度。
• 简单的寻址模式。
• 指令数量少，功能简单。一个指令只做一件事。
• 只有Load和Store可以访问存储器。

相比x86指令集的数千页文档，MIPS只要两页就能说清了。

MIPS的简介

MIPS指令可以分为R,I,J型指令。大概介绍一下

R型指令

寄存器型指令。opcode和funct都是指令类型相关的位；rs,rt,rd分别是源操作数，目标操作数，结果；shamt用于指定移位指令进行的移位位数，MIPS字长为32位，所以这里5位就刚好够了。举例：add t0, t1, t2

I型指令

立即数型指令。值得注意的是，我们知道16位的立即数能表示正负2^15字节的偏移量，但是MIPS是固定32位指令的，也就是说它们在存储器中是4字节对齐的，所以它实际表示的字节偏移量是正负2^17，即正负2^15字长(32 bit)的偏移量。举例：addi t0, t1, 5

J型指令

非条件跳转指令。j lable 这种，其中26位都用来存目的地址的值。