408计算机组成原理第四章 指令系统

计算机组成原理第四章 指令系统知识梳理，包括指令格式、指令的寻址方式、CISC和RISC等内容。

指令系统

• 指令格式
  • 基本格式
    • 操作码字段
      • 指出指令中该指令应该执行什么性质的操作和具有何种功能
    • 地址码字段
      • 给出被操作的信息的地址或操作数本身、可以有多个地址码
  • 格式
    • 零地址指令
      • 1）不需要操作数的指令，如空操作指令、停机指令、 关中断指令等
      • 2）零地址的运算类指令仅用在堆核计算机中。通常参与运算的两个操作数隐含地从栈顶和次栈顶弹出，送到运算器进行运算，运算结果再隐含地压入到堆栈中。
  • 定长操作码指令格式
    • 在指令字的最高位部分分配固定的若干位（定长）表示操作码
      • 一般n位操作码字段的指令系统最大能表示2^n条指令
  • 扩展操作码指令格式
    • 全部指令的操作码字段的位数不固定
• 指令的寻址方式
  • 指令寻址
    • 顺序寻址方式
      • （PC）+ 1 -> PC
    • 跳跃寻址方式
      • 由本条指令给出下条指令地址的计算方式
  • 数据寻址
    • 常见的数据寻址方式
      • 隐含寻址
      • 立即（数）寻址
        • • 一条指令的执行： 取指令 访存 1次 执行指令 访存0次
            • 优点：指令执行阶段不访问主存，指令执行时间最短
            • 缺点：形式地址的位数限制了立即数的范围
      • 直接寻址
        • 在指令格式的地址的字段中直接指出操作数在内存的地址。
      • 间接寻址
        • 指令地址字段中的形式地址不是操作数的真正地址，而是操作数地址的指示器 或者说此形式地址单元的内容才是操作数的有效地址。
          • 优点
            • 可扩大寻址范围、便于编制程序
          • 缺点
            • 需要多次访存，访问速度过慢
        • 主存字第一位为1时，表示取出的不是操作数地址，即多次间接寻址
        • 主存字第一位为0时，表示取得的是操作所的地址
        • • 一次间址寻址
            • 访存次数：2次
      • 寄存器寻址
        • 指令字中直接给出操作数所在的寄存器编号
          • 优点
            • 不需要访问主存、速度更快
          • 缺点
            • 寄存器很贵
      • 寄存器间接寻址
        • 寄存器中给出的是操作数所在主存单元的地址
      • 相对寻址
        • PC的内容加上形式地址A而形成操作数的有效地址 即EA=(PC)+A+“1”
          • 优点
            • 操作数的地址不固定，便于程序浮动，广泛应用于转移指令
        • • 访存次数：1次
      • 基址寻址
        • 将CPU中基址寄存器(BR)的内容+形式地址A而形成有效地址 即EA=(BR)+A
          • 优点
            • 可扩大寻址范围，用户不用考虑自己的程序存于主存的哪个空间区域，有利于多道程序的设计，可用于编制浮动程序
          • 缺点
            • 形式地址A （偏移量）较短
        • 访存次数：1次
      • 变址寻址
        • EA=(IX)+A IX为变址寄存器（专用），也可以用通用寄存器作为变址寄存器
          • 优点
            • 可扩大寻址范围，适合编制循环程序，偏移量的位数足以表示整个存储空间
        • 变址寄存器中的内容可由用户改变（作为偏移量），形式地址A不变（作为基地址）
          • 主要用于处理数组问题
        • • 访存次数：1次
      • 堆栈寻址
        • 堆栈是存储器（或专用寄存器组）中一块特定的、按后进先出原则管理的存储区，该存储区中被读/写单元的地址是一个特点的寄存器给出的，该寄存器称为堆栈指针(SP)
• CISC和RISC
  • 对比
  • CISC
    • 指令数目多、字长不固定、寻址方式多、寄存器数量少、一般为微程序控制
  • RISC
    • 指令数目少、字长固定、寻址方式少、寄存器数量多、一般为组合逻辑控制