计算机组成原理指令系统

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1、第四章指令系统指令、指令系统是计算机中一个最基本的概念。指令是指示计算机执行某些操作的命令，一台计算机的所有指令的集合构成该机的指令系统。指令系统是计算机的主要属性，位于硬件和软件的交界面上。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：介于微指令与宏指令之间，通常简称为指令，每一条指令可完成一个独立的算术运算或逻辑运算操作。本章所讨论的指令，是机器指令本章学习内容4.1指令格式4.2寻址技术4.3堆栈与堆栈操作4.4指令类型本章学习要求理解：指令的基本格式以及不同地址码（3、2

2、、1、0地址）的双操作数指令的区别理解：规整型指令和非规整型指令的特点掌握：扩展操作码的方法理解：编址单位和指令中地址码的位数与主存容量、最小寻址单位的关系掌握：基本的数据寻址方式和有效地址EA的计算方法掌握：自底向上的存储器堆栈的概念及堆栈的进、出栈操作理解：常用指令的特点完备性：完备性是指用汇编语言编写各种程序时，指令系统直接提供的指令足够使用，而不必用软件来实现。完备性要求指令系统丰富、功能齐全、使用方便。一台计算机中最基本、必不可少的指令是不多的。许多指令可用最基本的指令编程来实现。有效性

3、：有效性是指利用该指令系统所编写的程序能够高效率地运行。高效率主要表现在程序占据存储空间小、执行速度快。一般来说，一个功能更强、更完善的指令系统，必定有更好的有效性。对指令系统性能的要求规整性：规整性包括指令系统的对称性、匀齐性、指令格式和数据格式的一致性。对称性是指：在指令系统中所有的寄存器和存储器单元都可同等对待，所有的指令都可使用各种寻址方式；匀齐性是指：一种操作性质的指令可以支持各种数据类型，如算术运算指令可支持字节、字、双字整数的运算，十进制数运算和单、双精度浮点数运算等；指令格式和数据

4、格式的一致性是指：指令长度和数据长度有一定的关系，以方便处理和存取。例如指令长度和数据长度通常是字节长度的整数倍。兼容性：系列机各机种之间具有相同的基本结构和共同的基本指令集，因而指令系统是兼容的，即各机种上基本软件可以通用。但由于不同机种推出的时间不同，在结构和性能上有差异，做到所有软件都完全兼容是不可能的，只能做到“向上兼容”，即低档机上运行的软件可以在高档机上运行。低级语言与硬件结构的关系低级语言与高级语言关系4.1指令格式一台计算机指令格式的选择和确定要涉及多方面的因素，如指令长度、地址码

5、结构以及操作码结构等，是一个很复杂的问题，它与计算机系统结构、数据表示方法、指令功能设计等都密切相关。4.1.1机器指令的基本格式一条指令就是机器语言的一个语句，它是一组有意义的二进制代码。操作码字段地址码字段操作码：指明操作的性质及功能。操作码地址码：指明操作数的地址。地址码4.1.1机器指令的基本格式（续）指令的长度是指一条指令中所包含的二进制代码的位数，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。在一个指令系统中，若所有指令的长度都是

6、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。4.1.2地址码结构一条双操作数指令的除操作码之外，还应包含以下信息：第一操作数地址，用A1表示；第二操作数地址，用A2表示；操作结果存放地址，用A3表示；下条将要执行指令的地址，用A4表示。这些信息可以在指令中明显的给出，称为显地址；也可以依照某种事先的约定，用隐含的方式给出，称为隐地址。1.四地址指令(A1)OP(A2)→A3A4＝下条将要执行指令的地址其中：Ai表示地址，(Ai)表示存放于该地址中的内容。OPA1

7、A2A3A42.三地址指令(A1)OP(A2)→A3(PC)+1→PC（隐含）执行一条三地址的双操作数运算指令，至少需要访问？次主存。第一次取指令本身，第二次取被操作数，第三次取操作数，第四次保存运算结果。OPA1A2A33.二地址指令(A1)OP(A2)→A1(PC)+1→PC（隐含）其中：A1为目的操作数地址，A2为源操作数地址。二地址指令执行之后，目的操作数地址中原存的内容已被破坏了。执行一条二地址的双操作数运算指令，至少需要访问？次主存。OPA1A24.一地址指令(Acc)OP(A1)→A

8、cc(PC)+1→PC（隐含）执行一条一地址的双操作数运算指令，只需要访问？次主存。第一次取指令本身，第二次取操作数。被操作数和运算结果都放在累加寄存器中，所以读取和存入都不需要访问主存。OPA15.零地址指令零地址的算逻类指令是用在堆栈计算机中的，堆栈计算机没有一般计算机中必备的通用寄存器，因此堆栈就成为提供操作数和保存运算结果的唯一场所。通常，参加算逻运算的两个操作数隐含地从堆栈顶部弹出，送到运算器中进行运算，运算的结果再隐含地压入堆栈。OP不同地址数指令的特点和适用场合对于同