计算机组成原理 指令系统(一)

时间:2024-04-12 08:37:35

本文主要介绍指令的基本格式以及寻址方式

计算机组成原理 指令系统(一)

 

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

指令字长度 = 机器字长度 称为单字长指令

指令字长度 = 0.5 × 机器字长 称为半字长指令

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

计算机组成原理 指令系统(一)

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:

计算机组成原理 指令系统(一)

只有操作数,没有地址码,这种指令有两种可能:

不需要操作数,如停机指令

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:

计算机组成原理 指令系统(一)

只有一个地址码,有两种可能:

单操作数指令,如自增1.自减1,求反,求补等

OP(A1) -> (A1)

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:计算机组成原理 指令系统(一)

3.二地址指令:

计算机组成原理 指令系统(一)

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:计算机组成原理 指令系统(一)

4.三地址指令:

计算机组成原理 指令系统(一)

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:计算机组成原理 指令系统(一)

5.四地址指令:

计算机组成原理 指令系统(一)

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:计算机组成原理 指令系统(一)

 

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

 

计算机组成原理 指令系统(一)

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

计算机组成原理 指令系统(一)

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

计算机组成原理 指令系统(一)

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

计算机组成原理 指令系统(一)

 

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

计算机组成原理 指令系统(一)

7.偏移寻址

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

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

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)