[计算机组成原理]—7.指令系统(详细)

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思维导图：

课程进度：

一、机器指令

1.指令的一般格式

操作码

• 长度固定

  用于指令字长较长的情况 ， RISC；如 IBM 370 操作码 8 位

• 长度可变

地址码

• 四地址、三地址

• 二/一/零地址

2.指令字长

指令字长决定于：

• 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：

按字节的倍数变化

3.总结

1.当用一些硬件资源代替指令字中的地址码字段后

• 可扩大指令的寻址范围
• 可缩短指令字长
• 可减少访存次数

2.当指令的地址字段为寄存器时

• 三地址 OP R1, R2, R3
• 二地址 OP R1, R2
• 一地址 OP R1

指令执行阶段不访存

可缩短指令字长

二、操作数类型和操作类型

1.操作数类型

• 地址：无符号整数
• 数字：定点数、浮点数、十进制数
• 字符：ASCII
• 逻辑数：逻辑运算

2.数据在存储器中存放方式

参考存储器：大端模式和小端模式

从任意位置开始存储

从一个存储字的起始位置开始访问

边界对准方式——从地址的整数倍位置开始访问

对比

	优点	缺点
任意位置	不浪费存储资源	除了访问一个字节之外，访问其它任何类型的数据，都可能花费两个存储周期的时间。读写控制比较复杂
起始位置	无论访问何种类型的数据，在一个周期内均可完成，读写控制简单	浪费了宝贵的存储资源
边界对准	数据存放的起始地址是数据长度的整数倍	本方案是前两个方案的折衷

3.操作类型

数据传送

算术逻辑操作

移位操作

算术移位 逻辑移位
循环移位（带进位和不带进位）

转移

• 无条件转移 JMP

• 条件转移

• 调用和返回

• 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
  如 8086 INT TYPE 软中断
  提供给用户使用的陷阱指令，完成系统调用

• 输入输出

三、寻址方式

1.指令寻址

• 顺序 ：（PC） + 1 —— PC

• 跳跃 ： 由转移指令指出

2.数据寻址

形式地址： 指令字中的地址
有效地址： 操作数的真实地址
约定 指令字长 = 存储字长 = 机器字长

1.立即寻址

2.直接寻址

3.隐含寻址

4.间接寻址

5.寄存器寻址

6.寄存器间接寻址

7.基址寻址

• 采用专用寄存器作基址寄存器

• 采用通用寄存器作基址寄存器

8.变址寻址

9.相对寻址

10.堆栈寻址

四、指令格式举例

1.设计指令

指令系统的 兼容性

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、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的执行时间

2.指令格式举例

**Intel 8086 **

五、RISC技术

1.RISC的产生和发展

2.RISC的主要特征

3.CISC的主要特征

4.RISC和CISC的比较

注：本文章除思维导图，其他图片来源于课程PPT。

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