计算机组成原理 之 第四章 指令系统

 1. 指令格式

        通常包括操作码字段（OP）和地址码字段（A），有的指令不需要地址码

        指令系统（指令集）：一台计算机的所有指令的集合，eg：X86、ARM

（1）指令的分类： 

        a. 根据地址码的条数不同：零地址指令、一地址指令……

        零地址指令：不需要操作数，如空指令、关中断、停机等指令；堆栈计算机（隐含在栈里）

        一地址指令：只需要单个操作数（加1、取反、求补等，OP(A)->A，需要三次访存，取指->读A1->写A1）；需要两个操作数、但是一个操作数隐含在某个寄存器里（隐含在ACC中，(ACC)OP(A)->ACC，需要2次访存，即取指->读A）；

        二地址指令（(A1)OP(A2)->A1）;  

        三地址指令（(A1)OP(A2)->A3）；

        四地址指令（三地址的基础上给出下一条指令的地址，）。

         b. 按长度进行分类：定长操作码、可变长操作码

                定长操作码：n位->2^n条指令

                可变长操作码：指令系统中的各指令操作码长度可变（译码电路复杂灵活度高

                *扩展操作码 指令格式

        c. 按操作类型分类

 （2）补充：扩展操作码 

         设地址长度为n，上一层留出m种状态，下一层可扩展出m*2^n种状态

2. 指令寻址

        顺序寻址：通常情况，PC自动+1（指令字长）（定长指令字） 

        跳跃寻址：转移类指令，修改PC的值，JMP（类似goto）

 3. 数据寻址

a. 直接寻址

b. 间接寻址

c. 寄存器寻址（直接给出操作数所在的寄存器编号，访存1次）

d. 寄存器间接寻址

e. 隐含寻址（如+操作中第二个操作数在ACC中的潜规则）

f. 立即寻址（寻址特征为#，指令中直接存放操作数，但是长度有限制）

偏移寻址：

g. 基址寻址（BR（专门存放基地址的寄存器BR或通用寄存器）存放程序的起点，EA = (BR)+A，操作数 = (EA)，程序员不能随意更改基地址）

h. 变址寻址：类似于基址寻址，只是寄存器里IX放偏移量，指令中的A放基地址（优点：运行遍历连续地址的程序，如果采用传统寻址方式，必须条指令的A依次递增，寄存器的值无法改变（基地址），然而将A放入IX寄存器，只用反复改变IX的值就对连续地址进行遍历）

 ​​​​​​​

 h. 基地&变址复合寻址

 g. 相对寻址：PC+A（PC每次取值都会自动+1，EA=PC+A(偏移量)，基于下一条指令的偏移量）

 h. 堆栈寻址（寄存器（硬堆栈）或主存（软堆栈），栈顶指针SP）

        就像一个桶，桶顶地址为0

3  x86架构汇编语言

3.1 只需要知道寄存器的名字：通用寄存器EAI、变址寄存器ESI、堆栈基地址EBP

        通用寄存器：

        如果只用低16bit：则用AX，E：延展的意思

        AH与AL长度为8bit

 x86架构不允许有两个操作数同时来自内存，

 逻辑运算指令​​​​​​​

AT&T格式与intel格式的对比

（）选择语句的机器级表式

        a. PC的别名IP

        b. 无条件状态转移指令jmp <地址>、jmp 128、jmp eax、jmp [999]、jmp NEXT1、用标号锚定位置：’NEXT1:‘（使用锚定地址方便了程序员的编写）

        c. jmp的变体，通常搭配cmp获取两操作数的大小关系、C语言翻译成汇编

        d. cmp的底层实现、PSW状态字寄存器存储运算标志位（OF、SF、ZF、CF ）

（）循环语句

        a.   用条件转移指令实现循环

        b.  使用Loop指令（配合ECX寄存器计数）实现循环（loopx指令）

 （）函数调用的机器级表示

        a. 调用函数（C all）=压入栈帧至栈顶；IP旧值压栈保存，设置新IP值并转移

        b. 调用和返回时的enter与leave指令

                enter：push edp + mov edp esp ->之后可以向新函数栈帧压入数据

                leave：mov esp edp + pop edp

        c. 函数通用结构：enter、leave、ret（IP值的恢复）

（）栈帧的内容（整个调用过程）

        a. edp：存放上一层栈帧的基址；esp+4：存放IP旧值（返回地址）

        b. 局部变量最先定义在顶部（edp-4、edp-8），函数调用的参数最先出现也在顶部（edp+8、edp+12）

        c. 为了追求对其，gcc编译器会设置为16B的整数倍

        d. 必要的时候调用函数前需要将寄存器的值压栈保存

        e. 过程：

        调用者：1⃣️保存必要寄存器 2⃣️写入调用参数 3⃣️执行call （IP旧值入栈顶）4⃣️使用返回值（eax）

        被调者：1⃣️enter 2⃣️ 初始局部变量 3⃣️一系列逻辑操作 4⃣️传递返回值 5⃣️leave 6⃣️ret（恢复IP值）

5. CISC RISC复杂指令集（x86）与精简指令集（ARM，手机、开发版）

        指令也遵循二八定律