Day4：Part1——指令格式&指令的寻址方式 指令系统是表征计算机性能的重要因素，是计算机的主要属性，位于硬件和软件的交界面上。所谓指令，是指示计算机执行某种操作的命令。 1.指令的基本格式 通常包括操作码字段和地址码字段两部分。 操作码：指出指令中指令应该执行什么性质的操作以及具有何种功能，是识别指令，了解指令功能及区分操作数地址内容和使用方法等的关键信息。 地址码：给出被操作的信息的地址，包括参加运算的一个或多个操作数所在的地址、运算结果的保存地址、程序的转移地址、被调用的子程序的入口地址等。 指令的长度：一条指令中所包含的二进制代码的位数，取决于操作码的长度、操作数地址码的长度和操作数地址的个数。 单字长指令：指令长度等于机器字长 半字长指令：指令长度等于半个机器字长 双字长指令：指令长度等于两个机器字长 定长指令字结构：所有指令长度相等，执行速度快，结构简单 变长指令字结构：各种指令的长度随指令功能而异（但因为主存一般都是按字节编址的，所以指令字长为字节的整数倍） 1）零地址指令 OP 只给出操作码OP，没有显式地址。不需要操作数的指令，如空操作指令、停机指令、关中断指令零地址的运算类指令仅用于堆栈计算机中。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堆栈。 2）一地址指令 OPA1 根据操作码的含义确定是两种形态中的哪一个。 1.只有目的操作数的单操作数指令，按照 A1 地址读取操作数，进行OP操作后，结果存回原地址。 指令含义：OP（A1）—->A1 如操作码含义是加1，减1，求反，求补等。 2.隐含约定目的地址的双操作数指令，按A1地址读取源操作数，指令可隐含约定另一操作数由ACC提供，运算结果也存放在ACC中。 指令含义：（ACC）OP（A1）——>ACC 若指令字长为32位，操作码占8位，1个地址码字段占24位，则指令操作数的直接寻址范围为
=16M 3）二地址指令 OPA1A2 指令含义：（A1）OP（A2）—–>A1 对于常用的算术和逻辑指令，往往要求使用两个操作数，需要分别给出目的操作数和源操作数的地址，其中目的操作数地址还用于保存本次的运算结果。 若指令字长为32位，操作码占8位，两个地址码字段各占12位，则指令操作数的寻址范围为4K。 4）三地址指令 OPA1A2A3（结果） 指令含义：（A1）OP（A2）——>A3 若指令字长为32位，操作码占8位，三个地址码字段各占8位，则指令操作数的寻址范围为256。 若地址字段均为主存地址，则完成一条三地址需要4次访问存储器（取指令1次，取两个操作数2次，存放结果1次）。 5）四地址指令 OPA1A2A3（结果）A4（下址） 指令含义：（A1）OP（A2）——>A3，A4=下一条将要执行指令的地址。 若指令字长为32位，操作码占8位，四个地址码字段各占6位，则指令操作数的寻址范围为64。 2.定长操作码指令的格式 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。 它对简化计算机硬件设计，提高指令译码和识别速度十分有利。 当字长为32位或更长时，这是常规用法。 3.扩展操作码指令的格式 为了在指令字长有限的前提下仍保持比较丰富的指令种类，可采取可变长度操作码，即全部指令的操作码字段的位数不固定，且分散地放在指令字的不同位置上。 将增加指令译码和分析的难度，使控制器的设计复杂化。 最常见的变长操作码方法是扩展操作码，它使操作码的长度随地址码的减少而增加，不同地址数的指令可具有不同长度的操作码，从而在满足需要的前提下，有效缩短指令字长。 注意：不允许短码是长码的前缀各指令的操作码一定不能重复 频率较高—–>短操作码 频率较低—–>长操作码 4.指令的操作类型（按功能分类） 1）数据传送 寄存器之间的传送（MOV）从内存单读取数据到CPU寄存器（LOAD）从CPU寄存器截数据到内存单（STORE） 2）算术和逻辑运算 四则运算比较 CMP加1 INC减1 DEC与（AND）或（OR）取反（NOT）异或（XOR） 3）移位运算 算法移位、逻辑移位、循环移位等。 4）转移操作 无条件转移（JMP）条件转移（BRANCH）调用（CALL）返回（RET）陷阱（TRAP） 调用指令和转移指令的区别：执行调用指令时必须保存下一条指令的地址（返回地址），当子程序执行结束时，根据返回地址返回到主程序继续执行；而转移指令则不返回执行。 5）输入输出操作 用于完成CPU与外部设备交换数据或传送控制命令及状态信息。 指令的寻址方式： 寻找指令或操作数有效地址的方式，即确定本条命令的数据地址（数据寻址）及下一条待执行指令的地址（指令寻址）的方法。 指令的地址码字段并不代表操作数的真实地址，而是形式地址，结合寻址方式可以计算出操作数在存储器中的真实地址（有效地址） 1.指令寻址和数据寻址 指令寻址：1）顺序寻址：通过PC加1（1个指令字长），自动形成下一条指令的地址。2）跳跃寻址：通过转移类指令实现。所谓跳跃是指下条指令的地址不由PC自动给出，而由本条指令给出下条指令地址的计算方式。跳跃可能受状态寄存器和操作数的控制，跳跃的地址分为绝对地址和相对地址，结果是当前指令修改PC值，所以下一条指令仍然通过PC给出数据寻址：如何在指令中表示一个操作数的地址，如何用这种表示得到操作数或者怎样计算出操作数的地址。 数据寻址的方式较多，为区分各种方式，通常在指令中设置一个字段，用来指明属于哪种寻址方式。OP寻址特征形式地址A 2.常见的数据寻址方式 1）隐含寻址 不明显地给出操作数的地址，而在指令中隐含操作数的地址。 优点：有利于缩短指令字长 缺点：需要增加存储操作数或隐含地址的硬件 2）立即（数）寻址 地址字段指出的不是操作数的地址，而是操作数本身，用补码表示。 优点：在执行阶段不访问主存，执行时间最短 缺点：A的位数限制了立即数的范围 3）直接寻址 形式地址是真实地址。 优点：简单，在执行阶段就访问一次主存 缺点：A的位数决定了该指令操作数的寻址范围，操作数的地址不易修改 4）间接寻址 相对于直接寻址而言的，形式地址是操作数有效地址所在存储单的地址（操作数的地址）。 优点：可扩大寻址范围（寄存器间接寻址更常用），便于编制程序 缺点：在执行阶段要多次访问内存，访问速度慢 5）寄存器寻址 指令字中直接给出操作数所在的寄存器编号，其操作数在编号所致的寄存器内。 优点：指令在执行阶段不访问主存，只访问寄存器，因寄存器数量少，对应地址码长度较小，使得指令字段且因不用访存，所以执行速度快，支持向量/矩阵运算 缺点：寄存器价格昂贵 6）寄存器间接寻址 在寄存器中给出的不是一个操作数，而是操作数所在主存单的地址 特点：比一般间接寻址快，但需要访问主存。 7）相对寻址 把PC的内容加上形式地址而形成操作数的有效地址（形式地址是相对于当前指令位置的位移量，用补码表示）。 优点：操作数的地址不是固定的，随PC值的变化而变化，且与指令地址之间总是相差一个固定值，因此便于程序浮动。 广泛应用于转移指令。 8）基址寻址 将CPU中基址寄存器（BR）的内容加上形式地址而形成操作数的有效地址。其中基址寄存器既可以采用专用寄存器，也可以采用通用寄存器。 优点：可扩大寻址范围（BR位数大于形式地址位数）；用户不必考虑自己的程序存于主存的哪个空间区域，因此有利于多道程序设计，并可用于编制浮动程序，但偏移量（形式地址）的位数短。 9）变址寻址 有效地址等于指令中的形式地址A与变址寄存器IX的内容之和。与基址寻址相反，IX为偏移量，而A为不变量。 优点：可扩大寻址范围；有利于循环程序的编制。 10）堆栈寻址 堆栈是存储器（或专用存储器组）中一块特定的，按后进先出（LIFO）原则管理的存储区。该存储区中读/写单的地址是用一个特定的寄存器给出的，该寄存器称为堆栈指针（SP）。 分为硬堆栈和软堆栈。 硬堆栈：寄存器堆栈，成本较高，不适合做大容量的堆栈； 软堆栈：从主存中划出一段区域做堆栈是最合算且最常用的方法，称为软堆栈。 在采用堆栈结构的计算机系统中，大部分指令表面上都表现为无操作数指令的形式，因为操作数地址都隐含地使用了SP。通常情况下，在读/写堆栈中的一个单前后都伴有自动完成对SP内容的增量或减量操作。
2024最新激活全家桶教程，稳定运行到2099年，请移步至置顶文章：https://sigusoft.com/99576.html
版权声明：本文内容由互联网用户自发贡献，该文观点仅代表作者本人。本站仅提供信息存储空间服务，不拥有所有权，不承担相关法律责任。如发现本站有涉嫌侵权/违法违规的内容， 请联系我们举报，一经查实，本站将立刻删除。 文章由激活谷谷主-小谷整理,转载请注明出处：https://sigusoft.com/28962.html
