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第四章 指令系统 §4.1 指令系统概述(掌握) §4.2 指令格式（重点） §4.3 寻址方式（重点） §4.4 指令类型 §4.1 指令系统概述 一、 概念 指令：指示机器执行某种操作的命令。 指令码：表示一条指令意义的二进制代码。 指令格式：指令码的编码规则称为指令格式。一条指令由操作码和操作数两部分组成。 操作码：指明本条指令的操作性质和功能。如算术运算、逻辑运算、存数、取数、转移等。每条指令分配一个确定的操作码。 操作数：指出该条指令涉及的操作数有关的信息；如：直接给出操作数本身或者操作数的地址。 指令系统：一台计算机所能执行的全部指令的集合。 程序：使计算机执行某个特定任务的一系列指令序列。 §4.1 指令系统概述 计算机语言有： 机器语言：0、1代码，机器可直接识别； 汇编语言：符号化、需汇编程序翻译； 高级语言：B、F、C、P…需翻译（编译或解释） 机器语言是以机器指令的形式书写的语言，其它类型的语言只有变成机器指令的形式，机器才能直接执行。 高级语言与计算机的硬件结构及指令系统无关，汇编语言依赖于计算机的硬件结构和指令系统。不同的机器有不同的指令，所以用汇编语言编写的程序不能在其他类型的机器上运行。 §4.1 指令系统概述 指令系统：一台机器所包含的全部指令 不同的计算机，其用途不同，系统结构不同，采用的硬软件技术不同，其指令系统的功能也不同，有的强大，有的弱小，但其指令不外乎以下几类： 算逻运算类 数据传送类 指令控制类 I/O类 其它：停机 §4.1 指令系统概述 一、 概念 机器字长：指计算机能直接处理的二进制数据的位数，它决定了计算机的运算精度。机器字长通常与主存单元的位数一致； 指令长度：指令码中二进制码的位数。它取决于操作码字段的长度、 操作数地址的个数及长度。指令长度可以等于机器字长，也可以大于或小于机器字长。 原则： ① 尽可能短（节省存储空间、减少访存次数、提高指令的执行速度） ② 等于字节的整数倍 （充分利用存储空间） 在一个指令系统中，若所有指令的长度都是相等的，称为定长指令字结构； 若各种指令的 长度随指令功能而异，称为变长指令字结构。 单字长指令：指令字长=机器字长 半字长指令：指令字长=1/2机器字长 双字长指令：指令字长=2倍机器字长 §4.1 指令系统概述 二、对指令系统的基本要求 1、完备性 一台计算机中最基本的、必不可少的指令构成了指令系统的完备性。使系统能提供足够的指令用于编程；如：加、减、乘、除都有，若只有加法、移位指令，乘法：只能用加法、移位实现，速度慢 2、有效性 有效性是指利用该指令系统所提供的指令编制的程序能够产生高效率。高效率主要表现在空间和时间方面，即占用存储空间小、执行速度快。采用该指令系统编的程序能高效地运行：速度快、占内存少。即：指令格式要短，多用寄存器寻址，少访内存。 §4.1 指令系统概述 二、对指令系统的基本要求 3、规整性 规整性是指指令操作的对称性和匀齐性，指令格式与数据格式的一致性。 对称性：指在指令系统中，所有的寄存器和存储单元都可同等对待，这对简化程序设计，提高程序的可读性非常有用。 匀齐性：是指一种操作性质的指令可以支持各种数据类型。 指令的格式与数据格式的一致性：是指指令长度与数据长度有一定关系，以方便存取和处理。 §4.1 指令系统概述 二、对指令系统的基本要求 4、兼容性 兼容性一般是指计算机的体系结构设计基本相同，机器之间具有相同的基本结构、数据表示和共同的基本指令集合。 系列机：基本指令系统相同，基本结构相同的一系列计算机。一个系列有多种型号，各型号的结构基本相同，由于推出的时间不同，所采用的器件不同，故结构、性能有差异，但系列机必须做到一点：软件兼容（向上）---新机种的指令系统一定包含所有旧机种的所有指令系统，以保证在旧机种上运行的各种软件，可以不加修改地在所机种上运行 §4.2 指令格式 指令格式与机器的字长、存储器的容量及指令的功能密切相关。 4.2.1 指令的组成 两个字段：操作码字段+操作数地址字段： 一、操作码 操作码是指明指令操作性质的命令码。它提供指令的操作控制信息。 每条指令都要求它的操作码必须是独一无二的位组合。 指令系统中指令的个数N与操作码的位数n，必须满足关系式：N≤2n §4.2 指令格式 指令操作码的编码有两种组织方式：规整型和非规整型 (1)规整型(定长编码)： 每条指令的操作码长度均相同 指令条数m与指令操作码字段的位数N之间关系:m?2N 优点：简化了计算机的硬件设计，提高了指令译码和识别速度。 缺点：当指令长度较短时，操