计算机组成原理复习笔记4-指令系统

4．指令系统

（★★★）指令格式

基本格式

零地址指令

• 格式

OP
操作码

• 举例
  • 空操作指令、停机指令等不需要操作数的指令
  • 操作数隐含的指令（操作数及运算结果保存在堆栈中）

一地址指令

• 格式

OP	A1
操作码	操作数地址

• 指令含义：\(OP(A_1)\rightarrow A_1\)
• 举例
  • 单目操作指令（即只需要一个操作数的指令，且运算结果保存在原位置，如自增1、求反等）
  • 双目操作指令，但一个操作数隐含（比如存放在 ACC 中）

二地址指令

• 格式

OP	A1	A2
操作码	操作数地址 1	操作数地址 2

• 指令含义： \((A_1)OP(A_2)\rightarrow A_1\)

三地址指令

• 格式

OP	A1	A2	A3
操作码	操作数地址 1	操作数地址 2	运算结果存放地址

• 指令含义： \((A_1)OP(A_2)\rightarrow (A_3)\)

四地址指令

• 格式

OP	A1	A2	A3	A4
操作码	操作数地址 1	操作数地址 2	运算结果存放地址	下址（下一条指令的地址）

• 指令含义： \((A_1)OP(A_2)\rightarrow (A_3)\) ， \(A_4=下一条指令地址\)

定长操作码和扩展操作码的优缺点对比

• 定长操作码：指令操作码的位数固定
  • 译码方便、指令执行速度快
  • 有信息冗余
• 扩展操作码：指令操作码的位数不固定
  • 设计灵活，能容纳更多的指令
  • 译码麻烦

采用扩展操作码方式指令数目的计算及设计

• 思路
  • 从含操作数地址最多的开始计算：由操作数地址位数和指令类型（几地址指令），确定操作码的位数，这个位数所能表示的最大数字 - 1 ，即为该类型指令的最大指令数
  • 以此类推
  • P.S. 若根据题意，若高位地址设计指令未用完，可用于设计下一级指令（指令条数相乘即可）

（★★）指令的寻址方式

有效地址的概念

（详见教材）

数据寻址和指令寻址

数据寻址

• 一般格式

操作码	寻址特征	形式地址 A

指令寻址

• 顺序寻址：PC 自增实现
• 跳跃寻址：由转移类指令实现

常见寻址方式及寻址过程

寻址方式	有效地址	访存次数（不含取本条指令而访存）	备注
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	BR 不变，A 变，面向操作系统
变址寻址	EA = ( IX ) + A	1	A 不变，IX 变，面向用户，典型应用：数组

（★）CISC和RISC

CISC和RISC的基本概念及区别

（详见教材）

MIPS 32的典型指令

（详见教材）

解题技巧及重要结论

• 数组下标即为变址寄存器中的值

参考资料

1. 计算机组成与系统结构.袁春风等
2. 2020年计算机组成原理考研复习指导.王道论坛