计算机组成原理笔记（8）---机器指令、寻址方式

目录

1 机器指令

2 操作数类型和操作种类

 3 寻址方式

4、RISC技术

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1 机器指令

1.1 指令的一般格式：操作码字段+地址码字段

1、操作码：反映机器做什么操作

（1）长度固定：用于指令字长较长的情况，RISC

（2）长度可变：操作码分散在指令字的不同字段中

2、扩展操作码技术---操作码的位数随地址数的减少而增加

 短操作码不能是长操作码的前置

3、地址码

（1）四地址

 （2）三地址

 

 （3）二地址

 

 （4）一地址

 

 （5）零地址

 1.2 指令字长

1、指令字长固定---指令字长=存储字长

2、指令字长可变---按字节的倍数变化

1.3 小结

1、当用一些一些硬件资源代替指令字中的地址码字段后：

（1）可扩大指令的寻址范围

（2）可缩短指令字长

（3）可减少访存次数

2、当指令的地址字段为寄存器时；可缩短指令字长；甚至可以不进行访存

2 操作数类型和操作种类

2.1 操作数类型

 2.2 数据在存储器中的存放方式

 

 大端存储和小端存储

1、边界对准方式---从地址的整数倍位置开始访问

 数据存放的起始地址是数据长度的整数倍

可以在一个周期内完成存储访问，空间浪费也不太严重

2.3 操作类型

1、数据传送

 2、算术逻辑操作

 加、减、乘、除、增1、减1、求补、浮点运算、与、或、非、异或、位操作、位清除

3、移位操作

 算术移位、逻辑移位、循环移位（带进位和不带进位）

 4、转移

 （3）调用和返回

 

 （4）陷阱（Trap）与陷阱指令---意外事故的中断

一般不提供给用户直接使用；在出现事故时，由CPU自动产生并执行（隐指令）

设置供用户使用的陷阱指令，完成系统调用

 5、输入输出

 

 3 寻址方式

 寻址方式： 确定本条指令的操作数地址，下一条要执行指令的指令地址

 寻址分类： 指令寻址；数据寻址

3.1 指令寻址

 3.2 数据寻址

 

 1、立即寻址---形式地址A就是操作数、立即数已经在CPU中

 A的位数限制了立即数的范围

 

 

 2、直接寻址---有效地址=形式地址A

（1）执行阶段访问一次存储器

（2）A的位数决定该指令操作数的寻址范围

（3）操作数的地址不易修改（必须修改A）

 3、隐含寻址---操作数地址隐含在操作码中

指令字中少了一个地址字段，

可缩短指令字长 

 

 

4、间接寻址---有效地址由形式地址间接提供

（1）执行指令阶段2次访存，操作数的地址放置在EA中

 （2）可扩大寻址范围

 （3）便于编制程序，EA方便修改

 可以多次间址

 

5、寄存器寻址

（1）执行阶段不访存，只访问寄存器，执行速度快；

（2）寄存器个数有限，可缩短指令字长

 

 

 

6、寄存器间接寻址

（1）有效地址在寄存器中，操作数在存储器中，执行阶段一次访问

 （2）便于编制循环程序

 

 

7、基址寻址

（1）采用专用寄存器作基址寄存器

（1）BR内容由操作系统或管理程序确定

（2）程序执行过程BR内容不变，形式地址A可变

 

 

 

（2）采用通用寄存器作基址寄存器

（1）由用户指定哪个通用寄存器作为基址寄存器

（2）基址寄存器的内容由操作系统确定

（3）在程序的执行过程中R0内容不变，形式地址A可变

 

 8、变址寻址

 （1）可扩大寻址范围

 （2）IX的内容由用户给定

（3）在程序的执行过程中IX内容可变，形式地址A不变

（4）便于处理数组问题，将A设为数组首元素地址

 

 

 9、相对寻址----PC+A

 A是相对于当前指令的位移量（可正可负，补码）

 （1）A的位数决定操作数的寻址范围

 （2）程序浮动

 （3）广泛用于转移指令

 

（1）相对寻址举例：

 （2）按字节寻址的相对寻址举例

 PC会自动+2字节，因此真正的偏移量是06H

 

 

 

 

 

 10、堆栈寻址

（1）堆栈的特点

 （2）SP的修改与主存编址方法有关

 

 3.3 指令格式举例

 1、设计指令格式应考虑的各种因素

（1）指令系统的兼容性

（2）其他因素：

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参与操作

指令格式---指令字长是否固定；操作码位数；地址码位数、

寻址方式---指令寻址、操作数寻址

寄存器个数----直接影响指令的执行时间

4、RISC技术

4.1 RISC的产生与发展

RISC（Reduced Instruction Set Computer）---精简指令集

CISC（Complex Instruction Set Competer）

80-20规律：典型程序中80%的语句仅仅使用处理机中20%的指令

执行频度高的简单指令，因复杂指令的存在，执行速度无法提高

4.2 RISC的主要特征

（1）选用使用频度较高的一些简单指令，复杂指令的功能由简单指令来组合

（2）指令长度固定、指令格式种类少，寻址方式少

（3）只有LOAD/STORE指令访存

（4）CPU中有多个通用寄存器

（5）采用流水技术一个时钟周期内完成一条指令

（6）采用组合逻辑（硬件）实现控制

4.3 RISC和CISC的比较

1、RISC更能充分利用VLSI芯片的面积

2、RISC更能提高计算机运算速度指令数、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

3、RISC便于设计，可降低成本，提高可靠性

4、RISC不易实现指令系统兼容