4.1 指令格式
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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。
指令是一段有意义的二进制码,包括两个部分:操作码字段和地址码字段。
操作码:指令要进行什么操作,具有何种功能
地址码:被操作信息的地址
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
只需要单操作数,如加1、减1、取反、求补等
指令含义:
完成一 条指令需要3次访存:取指→读A1→写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)
完成一条指令需要2次访存:取指→读A1
A1指某个主存地址
(A1)表示A1所指向的地址中的内容
需要两个操作数的算术运算、逻辑运算相关指令
完成一条指令需要访存4次:取指→读A1→读A2→写A1
需要两个操作数的算术运算、逻辑运算相关指令
完成一条指令需要访存4次:取指→读A1→读A2→写A3
与三地址指令相同,A4中存放下一条要执行的指令的地址。
一般来说,程序执行完毕后,会将PC(程序计数器)+1
而四地址指令会将PC的值置为A4
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。指令长度影响取指令的时间。
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
译码电路设计简单
灵活性较差
可变长操作码:指令系统中各指令的操作码长度可变
译码电路设计复杂
灵活性高
进行主存与CPU之间的数据传送
LOAD:把存储器(源)中的数据放到寄存器(目标)中
STORE:把寄存器(源)中的数据放到存储器(目标)中
算数逻辑运算
算术:加、减、乘、除、增1、减1、求补、浮点运算、十进制运算
逻辑:与、或、非、异或、位操作、位测试、位清除、位求反
算术移位、逻辑移位、循环移位(带进位和不带进位)
改变程序执行的顺序
无条件转移:JMP
条件转移
JZ:结果为0
JO:结果溢出
JC:结果有进位
调用和返回:CALL和RETURN
陷阱(Trap)与陷阱指令
CPU寄存器与I/O端口之间的数据传送(端口即I/O接口中的寄存器)
扩展操作码指令格式采用定长指令字结构+可变长操作码结构
设指令字长为16位,每个地址码占4位
例:指令字长为16位,设计一套有15条三地址指令、12条二地址指令、62条一地址指令、32条零地址指令的指令系统。
地址长度:16bit/4=4bit
三地址指令
16-3*4 = 4bit 操作码
二地址指令
头部必须为1111,16 - 4 - 2*4 = 4bit
一地址指令
头部必须为1111 11,16 - 6 - 4 = 6bit
零地址指令
头部必须为1111 1111 111,16 - 11 = 5bit
优点
在指令字长有限的情况下保证了比较丰富的指令种类
缺点
增加了指令译码和分析的难度
使控制器设计复杂
指令含义:
指令含义:
指令含义:
n位操作码代表指令系统最大能够表达条指令
用全部为1标识地址数量,因此实际可用指令数量为
地址长度为n,上一层留下m种状态,则协议层可以扩展出种状态
,剩余1111
,剩余1100、1101、1110、1111,头两位全部为11
,剩余111110
,分配完毕