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计算机组成原理 第四章 指令系统 本章复习要点： 1. 理解指令的基本格式、 定长与扩展操作码格式 2. 掌握指令寻址方式的基 本概念、常见寻址方式 及其有效地址的计算 3. 了解CISC和RISC的基本 概念 4.1? 指令系统的几个名词 指令系统的几个基本名词: 程序: 是计算机中若干指令的有序组合。 指令: 就是要计算机执行某项运算或处理功能的命令。 　　从计算机组成的层次结构来说，计算机的指令有微指令、 机器指令和宏指令之分。 　　微指令：微程序级的命令，它属于硬件； 　　宏指令：由若干条机器指令组成的软件指令，它属于软件； 　　机器指令（指令）：介于微指令与宏指令之间，每条指令可完成一个独立的算术运算或逻辑运算或处理功能。 4.2? 指令格式 1　操作码 例如，对于定长操作码字段： 若指令系统共有8条指令，则用3位操作码就够； 如果有30条指令，则至少需要5位操作码。 　　当然，操作码字段的长度也可以是变长的，视指令系统的 需要而定。 2　地址码 （又称操作数） 根据一条指令中有几个操作数，可将该指令称为几操作数指令或几地址指令。 　　一般的操作数包括：被操作数、操作数及操作结果这三种数，因而就形成了三地址指令格式。在此基础上，后来又发展成二地址格式、单地址格式和零地址格式，如下图所示： 指令主要归结为如下三种类型： （1）存储器-存储器（SS）型指令：（A1、A2都是内存地址） ???? 特点：参与操作的数都放在内存里，从内存某单元中取操作数，操作结果也存放至内存单元中。机器执行这类指令需要多次访问内存，因此执行速度较慢。 3　指令字结构 指令字长度：一条指令所用的二进制数码的位数。 机器字长：计算机能直接处理的二进制数码的位数，它决定了计算机的运算精度。（如： 16位机、32位机、64位机等） 指令字的设计包括： 单字长指令：指令长度= 机器字长度； 半字长指令：指令长度= 半个机器字长度的指令； 双字长指令：指令长度= 两个机器字长度的指令； 多字长指令：指令长度= 多个机器字长度的指令。 [等长指令字结构]: 各种指令字长度是相等的。这种指令字结构简单，编译方便。 [变长指令字结构]: 指令字的长度随指令功能而变化。这种指令字结构灵活，能充分利用指令长度，但指令的译码及控制要复杂一些。 5　指令格式举例 （1）八位微型计算机的指令格式 　　8位机的字长只有8位，指令结构常采用可变字长形式，包含单字长、双字长、三字长指令等多种。 （2）定长指令格式 例如PDP/11系列机为16位机，采用定长指令格式，其指令字长16位，其指令格式如下表所示。 　　　　　表4.3 PDP/11系列机指令格式 举例： [例1]　指令格式如下所示，其中OP为操作码，试分析该指令格式的特点。 [例2]　指令格式如下所示，其中OP为操作码，试分析指令格式的特点。(教材） 4.3? 指令和数据的寻址方式 有效地址的概念： 操作数或指令实际存放在某个存储单元时，该存储单元的 编号，就是该操作数或指令在存储器中的有效（物理）地址。 指令中的地址码常常为形式地址，需要应用设定的规则， 由形式地址计算出有效地址。 [寻址方式]：形成指令或操作数的存储单元有效地址的方 式，称为寻址方式。 [寻址方式的类别]： （1）指令寻址方式：用于形成指令的地址。 （2）数据寻址方式：用于形成操作数的地址。　 (1)　顺序寻址方式 指令地址在内存中按顺序安排，当执行一段程序 时，通常是按照指令的顺序依次执行。这种指令顺序 被取出执行的过程，称为指令的顺序寻址方式。 　　实现方法：通常使用程序计数器（又称指令指针寄存 器）PC来计数指令的顺序号，依次给出指令在内存中的 地址。 (2)　跳跃寻址方式 所谓跳跃: 是指下条指令的地址码不是由程序计数器PC 顺序地给出，而是由本条指令直接给出。 ????? 实现方法：通过直接修改程序计数器PC的内容来实 现。PC将及时跟踪新的指令地址。 ????? 采用指令的跳跃寻址方式，可以实现程序转移或 构成循环程序，从而能缩短程序长度，或将某些程序 作为公共程序引用。 ???? 指令系统中的各种条件转移或无条件转移指令， 就是为了实现指令的跳跃寻址而设置的。 2　操作数寻址方式 [定义]：形成操作数的有效地址的方法，称为: 操作数的寻址方式。 　　例如：某单地址指令的结构如下所示，其中用 X、I、D各字段组成该指令的操作数地址字段。