计算机组成原理学习（哈工大视频）第七章指令系统

指令系统在计算机中的地位：

7.1机器指令
指令的格式：操作码 地址码 寻址方式
指令的字长：固定字长，可变字长
指令的一般格式：
操作码（反应机器做什么操作；长度固定：用于指令字长较长的情况，RISC；长度可变：操作码分散在指令字的不同的字段中；）
扩展操作码的技术：操作数的位数随着地址数的减少而增加（指令的长度固定），OP表示操作码部分，A1，A2，A3都是地址码部分，且假设操作码和每一段地址码的长度都为 4 位，则可通过扩展操作码的方式增加指令的数量，否则指令的总数就限制在了16条；这样扩展时，以全1111表示扩展标志；扩展的原则——短操作码一定不能是长操作码的前缀；三地址指令操作码，每减少一种最多可以多构成2的4次方种二地址指令；二地址指令操作码每减少一种最多可以多构成2 的4次方种一地址指令

地址码：
四地址：想办法减少地址码的个数，进而增加地址码的长度，进而增加寻址的范围，当使用PC代替A4时，可以转化成三地址

三地址：三地址的地址码的长度增加，进而增加寻址的范围；若使用A1或者A2代替A3，则能够进一步减少一个地址码，进而转化成二地址形式

二地址：

一地址：

零地址：对ACC内的内容进行操作
指令字长：指令字长取决于：操作码的长度，操作数地址的长度，操作数地址的个数
指令字长固定：指令字长≤存储字长
指令字长可变：以字节为单位，按字节的倍数变化
当使用一些硬件资源代替指令字中的地址码字段后，或者可以扩大指令的寻址范围，或者缩短指令的字长，或者减少访存的次数
当指令的地址字段为寄存器时：

7.2操作数类型和操作类型
操作数类型：地址（绝对地址：无符号数，相对寻址：有符号数），数字（定点数，浮点数，十进制数），字符（ASCII），逻辑数（逻辑运算）
数据在存储器中的存储方式：以下两种分别为大端方式和小端方式


方法a 的弊端是存储耗费的时间长，因为可能跨两个字

方法 b 的弊端是浪费了内存空间

操作类型：
数据传送：

算术逻辑操作：

移位操作：

转移指令：



输入输出指令：

7.3寻址方式：如何找到指令或者数据的地址，既确定本条指令的操作数地址，下一条要执行的指令的地址
寻址方式：指令寻址和指令当中的数据的寻址
指令寻址：

数据寻址：




间接寻址编程举例：在这里第一次子程序调用（A）=81，第二次子程序调用（A）=202

寻址特征指明后面的地址是什么意思。






此类相对寻址应该归类到指令的寻址方式中：



堆栈寻址中，栈顶的内容存储在寄存器中



7.4指令格式举例
7.4.1设计指令格式时应考虑的各种因素：指令系统的兼容性、操作类型（包括指令个数及操作的难易程度）、数据类型（确定哪些数据类型可以参与操作）、指令格式（指令的字长是否固定、操作码位数、是否采用扩展操作码技术、地址码位数、地址个数、寻址方式类型）、寻址方式（指令寻址、操作数寻址）、寄存器个数（寄存器的多少直接影响指令执行时间）
IBM360 的几种指令格式：

Intel 8086的指令格式

7.5RISC（Reduced Instruction Set Computer）技术，既精简指令集计算机
CISC（Complex Instruction Set Computer）既复杂指令集计算机

RISC的主要特征：选用使用频率较高的一些简单指令，复杂指令的功能由简单指令来组合；指令的长度固定、指令格式种类少、寻址方式少；只有LOAD和STORE指令访存；CPU中有多个通用寄存器；采用流水技术，一个时钟周期内完成一条指令；采用组合逻辑实现控制器
CISC的主要特征：系统指令复杂庞大，各种指令使用频率相差大；指令的长度不固定，指令格式种类多，寻址方式多；访存指令不受限制；CPU中设有许多的专用寄存器；大多数指令需要多个时钟周期执行完毕；采用微程序控制器；
RISC和CISC的比较：RISC更能充分利用VLSI芯片的面积；RISC更能提高计算机的运算速度，指令数、指令格式、寻址方式少，通用寄存器多，采用组合逻辑，便于实现指令流水；RISC便于设计，可降低成本，提高可靠性；RISC不易实现指令系统的兼容