计原与汇编笔记-- 指令系统（一）

第四章 指令系统（一）

指令格式

一、操作码结构设计

固定长度操作码结构

操作码集中存放在指令的一个字段内，其长度是定长的
优点：译码时间短，便于硬件的设计和实现（MIPS指令的操作码字段为6位定长操作码结构

可变长度操作码结构 P83

特点：以16位指令字长为例，将最高四位o’b0000~o’b1110设置为三地址指令，剩下的o’b1111作为扩展标志，以接下来四位作为实际指令。
除了这种扩展方式，还可以有其他扩展方法。例如可以设计成15条三地址、14条2地址、31条1地址指令

二、地址码结构的设计

1. 四地址指令

共有五个字段。从高位到低位：OP, A1, A2, A3, A4
OP: 操作码，表示操作性质
A1：第一操作数地址（源操作数地址）
A2：第二操作数地址（源操作数地址）
A3：存放结果地址；
A4：下一指令的地址
指令的意义为：

(A1)OP(A2)->A3

优点： 结构简单。
缺点：地址码占用了指令子的大量信息，降低了信息的有效利用率。
改进： 大部分程序顺序执行，因此可以设计程序计数器 PC（programme counter），程序预存储，计算机自动执行，故可将地址4去掉

2. 三地址指令（OP|A1|A2|A3)

指令意义:(A1)OP(A2)->A3
特点与四地址完成同样操作。但后续指令地址不在指令中，而是由PC发出。
优点 缩短一个长度，在指令执行后，第一、第二操作数不会被破坏，可以共后续指令继续使用
缺点占用地址字段长
用途：中型机或大型机器

3. 二地址指令(OP|A1|A2)

指令意义：

(A1)OP(A2)->A2
或者
(A1)OP(A2)->A1

会破坏一个操作数
用途：小型机或者中型机

4. 一地址指令（OP|A1)

· 单操作数：OP(A1)->A1
·双操作数：(REG)OP(A1)->(REG)
REG地址在设计指令系统是是预先隐含设定的

5. 零地址指令

两种类型：
1） 置零不需要操作码。例如停机置零、空造作指令（只占用CPU时钟周期和存储空间）
2）指令的操作数是隐含指定的（例如8086的出栈指令）

三、指令助记符与机器指令代码

四、指令格式举例

1. Intel 80x86指令格式（这一部分没咋讲，书上写的看不懂）

第零字节：段超越前缀(1byte, 8bit)

|001 |SEG| 110| | 001   | S E G |   110 |

|标志|寄存器的2位编码|110 | 标 志 | 寄 存 器 的 2 位 编 码 | 110

五、寻址方式

1. 指令寻址

· 顺序寻址方式 (PC) + 1 -> PC
其中，1 并不是每一台计算机的情况
如果内存单元编制单位是字节，每一条指令为四个字节，则每次加的就是4.
· 跳跃寻址由转移指令（JMP）指出

2. 数据寻址

形式地址：指令字中的地址
有效地址：操作数的真是地址
1） 立即寻址
形式地址A就是操作数。在取指令的过程中，需要执行的书已经被取入到CPU中。

指令执行阶段不需要放存
2）直接寻址（有效地址即为形式地址）

3）隐含寻址（操作数隐含在操作码中）

减少了一个地址码字段，可以缩短指令字长
4）间接寻址
有效地址有形式地址间接提供。
指令中的地址码字段存放的是存放操作数有效地址的贮存单元地址（操作数地址的地址）

5）寄存器间接寻址
在指令的地址码部分给出寄存器编号，在给定的寄存器中存放操作数所在主存单元的地址。按照地址去访问操作数。
优点：字长较短，可以通过修改寄存器中的内容来访问不同的主存地址，利于编程
6）寄存器寻址
指令中的操作数存放在寄存器中。指令的地址码直接给出寄存器编号。访问此编号的寄存器得到操作数。
7）基址寻址
采用专用寄存器作为基址寄存器

EA=(BR)+A

优点：扩大寻址范围、有利于多道程序（程序动态定位）
注意： BR内容由操作系统或者管理程序确定，用户不可自己修改；
在程序执行过程中，BR内容不变，形式地址A可变
**采用通用寄存器作为基址寄存器
**
可以由用户指定那个通用寄存器作为基址寄存器
基址寄存器内容有管理程序确定
8）变址寻址
与基址寻址类似，由IX变址寄存器和形式地址相加得到操作数地址。
不同点： IX（变址寄存器）内容可以由用户指定
便于处理数组问题
例

//DIRECT ADDRESSING
LDA D
ADD D+1
ADD D+2
...
ADD D+(N-1)
DIV #N
STA ANS



// INDEXED ADDRESSING
LDA

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参考文献

[1] 易小林，鲁鹏程.计算机组成原理与汇编语言.清华大学出版社.9787302193319