第四章指令系統

阿新 • • 發佈：2018-08-12

地址 text 尋址方式通用減少順序多道程序設計另一個超流水線

總覽

指令格式
1. 指令的基本格式
2. 定長操作碼指令格式
3. 不定長操作指令格式
指令的尋址方式
1. 數據尋址和指令尋址
2. 常見尋址方式
CISC和RISC的基本概念

指令格式
1. 指令的基本格式

操作碼

地址碼

零地址指令
1. 沒有操作數的指令。如操作指令、停機指令、關中斷指令
2. 堆棧計算機中的零地址運算類指令。堆棧計算機中參與運算的兩個操作數隱含的從棧頂和次棧彈出，送到運算器進行運算，運算的結構再隱含地壓入堆棧中。
一地址指令
1. 只有目的操作數的單操作數指令，OP（A1） à A1
2. 隱含約定目的地址的雙操作數指令，另一個操作數由累加器ACC提供，運算結果也在ACC中，(ACC) OP (A1) à ACC
二地址指令
1. (A1) OP (A2) à A2

二地址指令類型	操作數的物理位置	速度
M-M	主存	最慢
R-R	寄存器	最快
R-M	寄存器-主存	介於兩者之間

三地址指令
1. (A1) OP (A2) à A3
四地址指令
1. (A1) OP (A2) à A3, A4為下一條指令地址
指令字長與機器字長
1. 指令字長指一條指令所占用存儲空間的大小，一般為字節的整數倍；指令字長取決於操作碼的長度、操作地址的長度以及操作數地址的個數。
2. 機器字長是CPU一次能處理的數據長度，通常等於內部寄存器的位數。

定長操作碼指令格式
在指令字的最高位部分分配固定的若幹位表示操作碼。對於具有n位操作碼字段的指令系統，最多能夠表示2^n條指令。
不定長操作碼指令格式
1. 不允許較短的操作碼是較長操作碼的前綴
2. 各條指令的操作碼一定不可以重復
3. 用高位的剩余空間擴充低位的表示範圍，以節省空間

指令的尋址方式
1. 數據尋址和指令尋址
  1. 指令尋址：找到下一條將要執行指令的地址；一般來說有兩種方式：順序執行時，用（PC）+"1"來得到下一條指令的地址：跳轉執行時，通過轉移指令的尋址方式，計算出目標地址，送到PC中即可。目標轉移地址的形成方式主要有3種：立即尋址、相對尋址和簡介尋址。
  2. 數據尋址：找到當前正在執行指令的數據地址

操作碼

尋址特征

形式地址（A）

常見數據尋址方式

尋址方式	有效地址計算方式	用途和特點
立即尋址		通常用於給寄存器賦初值
直接尋址	EA=A
隱含尋址		縮短指令字長
一次間接尋址	EA=(A)	擴大尋址範圍，易於完成子程序返回
寄存器尋址	EA=Ri	指令字較短；指令執行速度較快
寄存器間接尋址	EA=(Ri)	擴大尋址範圍
基址尋址	EA=A+(BR)	擴大操作數尋址範圍；適用於多道程序設計，常用於為程序或數據分配存儲空間
變址尋址	EA=A+(IX)	主要用於處理數組問題
相對尋址	EA=A+(PC)	用於轉移指令和程序浮動
先間址再變址	EA=(A)+(IX)
先變址再間址	EA=(A+(IX))

CISC和RISC的基本概念
1. RISC的主要特點
  1. 指令長度固定，指令格式種類少，尋址方式種類少
  2. 只有取/存數指令訪問存儲器，其余指令的操作都在寄存器內完成
  3. CPU中有多個通用寄存器
  4. 采用流水線技術，大部分指令在一個時鐘周期內完成。采用超標量和超流水線技術，可使每條指令的平均執行時間小於一個時鐘周期。
  5. 控制器采用組合邏輯控制，不采用微程序控制
  6. 采用優化的編譯程序
2. CISC的主要特點
  1. 指令系統復雜龐大，指令數目一般多大200-300條
  2. 指令長度不固定，指令格式種類多，尋址方式種類多
  3. 可以訪存的指令不收限制
  4. 由於80%的程序使用其20%的指令，因此CISC各指令的使用頻率差距太大。
  5. 各種指令執行時間相差很大，大多數指令需多個時鐘周期才能完成。
  6. 控制器大多數采用微程序控制。
  7. 難以用優化編譯生成高效的目標代碼程序。
3. RISC和CISC的比較
  1. RISC比CISC更能提高計算機的運算速度，列入，由於RISC寄存器多，因此就可以減少訪存次數，其次，由於指令數和尋址方式少，因此指令譯碼較快。
  2. RISC比CISC更便於設計，可降低成本，提高可靠性。
  3. RISC能有效支持高級語言程序。

第四章指令系統

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