【计算机组成原理】指令系统(一)

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【计算机组成原理】指令系统(一)

2024-07-12 11:26:22| 来源: 网络整理| 查看: 265

【计算机组成原理】指令系统(一)—— 指令格式 一、指令的定义几种字长的总结 二、指令格式与分类(一)、指令-按地址码数目分类1. 零地址指令2. 一地址指令3. 二地址指令4. 三地址指令5. 四地址指令6. 指令-按地址码数目分类总结 (二)、指令-按指令长度分类(三)、指令-按操作类型分类(四)、指令格式与分类的总结 三、扩展操作码

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一、指令的定义

指令(又称机器指令):是指示计算机执行某种操作的命令,是计算机运行的最小功能单位。

一台计算机的所有指令的集合构成该机的指令系统,也称为指令集。

注:一台计算机只能执行自己指令系统中的指令,不能执行其他系统的指令。 Eg:x86 架构、ARM架构。

几种字长的总结 指令字长:一条指令的总长度(可能会变)。机器字长:CPU进行一次整数运算所能处理的二进制数据的位数(通常和ALU直接相关)。存储字长:一个存储单元中的二进制代码位数(通常和MDR位数相同)。

半字长指令、单字长指令、双字长指令 —— 指令长度是机器字长的多少倍。

指令字长会影响取指令所需时间。如:机器字长 = 存储字长=16bit,则取一条双字长指令需要两次访存。

二、指令格式与分类

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。一条指令通常要包括操作码字段和地址码字段两部分。

根据地址码数目不同,可以将指令分为 零地址指令、一地址指令、二地址指令。根据指令长度分类可以分为 定长操作码和可变长操作码 (一)、指令-按地址码数目分类 1. 零地址指令

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不需要操作数,如空操作、停机、关中断等指令。堆栈计算机,两个操作数隐含存放在栈顶和次栈顶,计算结果压回栈顶。

堆栈计算机在数据结构的体现:“后缀表达式”。

2. 一地址指令

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只需要单操作数,如加1、减1、取反、求补等

指令含义:OP( A 1 A_1 A1​) → A 1 A_1 A1​ ,完成一条指令需要3次访存:取指 → 读 A 1 A_1 A1​ → 写 A 1 A_1 A1​

需要两个操作数,但其中一个操作数隐含在某个寄存器(如隐含在ACC)

指令含义: (ACC)OP( A 1 A_1 A1​) → ACC , 完成一条指令需要2次访存:取指 → 读 A 1 A_1 A1​

注: A 1 A_1 A1​指某个主存地址, ( A 1 A_1 A1​)表示 A 1 A_1 A1​ 所指向的地址中的内容。

3. 二地址指令

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常用于需要两个操作数的算术运算、逻辑运算相关指令

指令含义:( A 1 A_1 A1​)OP( A 2 A_2 A2​) → A 1 A_1 A1​

完成一条指令需要访存4次,取指 → 读 A 1 A_1 A1​ → 读 A 2 A_2 A2​ → 写 A 1 A_1 A1​

4. 三地址指令

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常用于需要两个操作数的算术运算、逻辑运算相关指令

指令含义:( A 1 A_1 A1​)OP( A 2 A_2 A2​) → A 3 A_3 A3​

完成一条指令需要访存4次,取指 → 读 A 1 A_1 A1​ → 读 A 2 A_2 A2​ → 写 A 3 A_3 A3​

5. 四地址指令

在这里插入图片描述 指令含义:( A 1 A_1 A1​)OP( A 2 A_2 A2​) → A 3 A_3 A3​, A 4 A_4 A4​ = 下一条将要执行指令的地址;

完成一条指令需要访存4次,取指 → 读 A 1 A_1 A1​ → 读 A 2 A_2 A2​ → 写 A 3 A_3 A3​

正常情况下:取指令之后 PC+1,指向下一条指令

四地址指令:执行指令后,将PC的值修改位 A 4 A_4 A4​所指地址

6. 指令-按地址码数目分类总结

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(二)、指令-按指令长度分类 定长指令字结构:指令系统中所有指令的长度都相等 变长指令字结构:指令系统中各种指令的长度不等

定长操作码:指令系统中所有指令的操作码长度都相同,控制器的译码电路设计简单。

可变长操作码:指令系统中各指令的操作码长度可变 n 位 → 2 n 2^n 2n条指令,控制器的译码电路设计复杂, 但灵活性较高。

定长指令字结构 + 可变长操作码 → 扩展操作码指令格式

(三)、指令-按操作类型分类

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(四)、指令格式与分类的总结

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三、扩展操作码


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