考研—计算机组成原理—指令系统

综述：什么是指令那？指令就是计算机底层cpu能识别的不同操作，这是整个计算机最基础的操作，其他所有的实现都是使用这些不同的指令拼接而成的。本章就是介绍指令的基本构成和分类。

 

指令格式

指令最基本的格式由操作码和地址码构成，操作码（op）就是指令最核心的部分了，指出该指令应该执行什么样的操作，而地址码（ad）是被操作的数据或指令的地址。

根据不同指令的不同功能而所需要的被操作数的个数不同，就会有不同数量的地址码。地址码数量从0到4.

而操作码被分为两种，定长操作码（效率低，但是硬件简单）和变长操作码（效率高，但是硬件复杂）

ps：变长指令操作码要求，不允许短码是长码的前缀，这样会无法识别。

 

指令寻址

指令中的指令部分和数据部分都需要寻址，但是寻址的方式和内容不太一样。指令寻址是寻找下一条指令的地址，而数据寻址是寻找本条指令中地址码的地址。（地址码中的值不代表就是真实地址，所以需要结合寻址方式计算出真实地址）

指令寻址方式非常简单，顺序寻址和跳跃寻址，也即，没有指令要求你跳跃到其他地址时，就通过pc+1的方式寻址。（跳跃寻址实现了循环操作）

数据寻址的方式非常多，最后的真实地址要依靠寻址特征和形式地址A得出。

列举如下：

1. 隐含寻址：不明显的给出操作数的地址，而是规定了某个寄存器中的数就是所要用的操作数，此种方式属于某些指令专用。（缩短指令长度，硬件复杂）
2. 立即（数）寻址：立即就是立即数，立即数就是地址码字段没有给出地址，而是直接把操作数本身了，这种方法适合固定的某个操作数（补码），而不是变量。（不需要访存时间，地址码的位数限制了操作数的大小）
3. 直接寻址：直接俩字意味着，地址码中的地址就是操作数真实的地址。（简单，位数限制了寻址范围，操作数地址不易修改）
4. 间接寻址：地址码中给出的是操作数的地址（的地址）^n的地址，此所谓间接寻址。（可以方便完成子程序返回，多次中转速度比较慢，比不上寄存器间寻址）（寄存器存取速度最快）
5. 寄存器寻址：地址码中直接给出寄存器代号（速度很快，价格昂贵资源有限）
6. 寄存器间接寻址：地址码给出寄存器代号，但是寄存器中存的是操作数的主存单元的地址。可以扩大寻址范围。
7. 相对寻址：此种方法要使用程序计数器pc，地址码给出偏移地址（计算机中的偏移量都是一个地址的动态部分，也就是说一个地址由固定部分和动态部分组成）。pc➕偏移地址得到真正地址。（适用于程序浮动，广泛应用于转移指令）
8. 基址寻址：此种方法特别的用到了基址寄存器（用户可以指定用哪个，os决定内容），地址码给出的形式地址加上基址寄存器中的地址得到真正的地址。（可以扩大寻址范围，主要面向系统）
9. 变址寻址：相比于基址寻址，变址寻址中的变址寄存器是专用的，而不像基址寻址中的可以用户自己指定。（主要面向用户）
10. 堆栈寻址：设置一片堆栈空间，可以使用主存空间，也可以使用寄存器组（价格昂贵，空间小，速度很快），这一片空间符合先进后出的原则，就像一个栈。此种方法有些类似隐含寻址，使用此种方式的指令表面上无地址码操作数，但是其实就像隐含寻址一般有规定好的使用栈中的数据。由堆栈指针决定。

 

 

CISC（复杂指令集）和RISC（精简指令集）

复杂指令集：

1. 指令系统庞大，指令数目多（200以上）
2. 使用变长指令
3. 指令访存不受限制（相比于精简指令集来说）
4. 指令依据频度会分为常用指令和不常用指令
5. 指令执行时间所需要的时钟周期不同
6. 控制器使用微程序控制
7. 难以优化编译生成高效代码

精简指令集：

1. 指令数目少，使用一些频率较高的简单指令
2. 使用定长指令
3. 只有LORD/STORE两个指令可以访存，其他指令依靠寄存器之间进行
4. 通用寄存器相比复杂指令集多很多
5. 一定使用指令流水线
6. 以硬布线控制为主（相对于复杂指令集的微程序控制）
7. 相比于复杂指令集更容易优化代码

 

   复杂指令集对应的就是x86架构，就是我们常用的Windows桌面系统。而精简指令集对应的就是arm架构，就是移动端的设备，相比硬件更加简单。