计算机组成原理 指令系统(一)
本文主要介绍指令的基本格式以及寻址方式:
指令其实就是一组有特殊意义的二进制数,指示计算机执行某种操作的命令,也叫机器字或指令字,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。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。
指令字长度:一个指令包含的二进制数的位数
机器字长:计算机能直接处理的二进制数的位数,通常与主存单元的位数一致
①指令字长度 = 机器字长度 称为单字长指令
②指令字长度 = 0.5 × 机器字长 称为半字长指令
③指令字长度 = 2 × 机器字长 称为双字长指令
一、基本格式:
一条指令通常包括操作码和地址码两部分
操作码(OP)指出执行什么操作,如加减乘除、存数、取数等。CPU中有专门电路来解释操作码,从而执行相应的操作。3位操作码最多可表示8条不同的指令
地址码(A)给出数据或者指令的地址
根据指令中操作数地址码的数目的不同,可将指令分为以下几种:
1.零地址指令:
只有操作数,没有地址码,这种指令有两种可能:
①不需要操作数,如停机指令
②零地址的运算类指令仅用在堆栈计算机中,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到堆栈中
2.一地址指令:
只有一个地址码,有两种可能:
①单操作数指令,如自增1.自减1,求反,求补等
OP(A1) -> (A1)
②另一个操作数的地址是隐含的,可约定由ACC(累加器)提供
(ACC)OP(A1) -> ACC
若指令字长为32位,操作码占8位,地址码占24位,则该指令操作数的直接寻址范围为:
3.二地址指令:
A1给出目的操作数的地址,A2给出源操作数的地址
(A1)OP(A2) -> A1
若指令字长为32位,操作码占8位,2个地址码各占12位,则该指令操作数的直接寻址范围为:
4.三地址指令:
A1给出目的操作数的地址,A2给出源操作数的地址,A3存放操作结果
(A1)OP(A2) -> (A3)
若指令字长为32位,操作码占8位,3个地址码各占8位,则该指令操作数的直接寻址范围为:
5.四地址指令:
A1给出目的操作数的地址,A2给出源操作数的地址,A3存放操作结果,A4给出下一条将要执行的指令的地址
(A1)OP(A2) -> (A3)
若指令字长为32位,操作码占8位,4个地址码各占6位,则该指令操作数的直接寻址范围为:
二、寻址方式:
寻址方式就是寻址指令或操作数有效地址的方式,也就是确定数据地址以及下一条将要执行的指令的地址。因此寻址方式分为指令寻址和数据寻址
指令寻址
就是找下一条要执行的指令的地址
1.顺序寻址
在内存中按顺序取指令,然后一条一条执行,由程序计数器(PC)来记录顺序
2.跳跃寻址
跳跃就是本条指令给出下条指令地址的计算方式,是否跳跃可能受状态寄存器和操作数的控制,跳跃的结果是当前指令修改PC值,下一条指令仍然是通过程序计数器PC给出
数据寻址
就是找这个指令的操作数的地址
1.隐含寻址
操作数地址隐含在操作码中,如累加寄存器(AC)
2.立即寻址
操作数就在指令中,取指令的时候就已经拿到了操作数
3.直接寻址
指令中给出操作数的地址,然后到内存中取操作数
4.间接寻址
指令中给出操作数的寻址特征位,再根据这个特征位到内存中取操作数
5.寄存器寻址
指令给出操作数的地址,然后到寄存器中取操作数
6.寄存器间接寻址
指令给出寄存器的地址,然后到寄存器中拿到操作数的地址,然后到内存中取操作数
7.偏移寻址
①相对寻址
把当前指令的地址存在在PC中,然后用形式地址+PC得到有效地址
②基址寻址
在CPU中用一个寄存器来存储一部分地址,然后再加上指令中的形式地址得到有效地址
③变址寻址
在CPU中用一个寄存器来存储一部分地址(这个地址是变动的),然后再加上指令中的形式地址得到有效地址,如遍历数组,数组下标就可以存储在变址中
8.堆栈寻址
将数据以栈的形式存储在内存或寄存器中,进栈出栈都只在栈顶操作
寄存器堆栈称为硬堆栈,主存中划分出来的堆栈称为软堆栈
寻址方式 | 有效地址 | 访存次数 |
隐含寻址 | 程序指定 | 0 |
立即寻址 | A即是操作数 | 0 |
直接寻址 | EA=A | 1 |
一次间接寻址 | EA=(A) | 2 |
寄存器寻址 | EA=Ri | 0 |
寄存器间接一次寻址 | EA=(Ri) | 1 |
相对寻址 | EA=(PC)+A | 1 |
基址寻址 | EA=(BR)+A | 1 |
变址寻址 | EA=(IX)+A | 1 |
下一篇:计算机组成原理 指令系统(二)