指令系統
4.1指令系統的發展與性能要求
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指令系統的發展
計算機的程序是由一系列的機器指令組成
計算機的指令有
微指令、機器指令、宏指令之分。微指令是微程序級的命令，屬於硬件；宏指令是由若干機器指令組成的軟件指令，屬於軟件；機器指令介於微指令與宏指令之間，通常簡稱為指令一台計算機上的所有機器指令的集合成為這台計算機的
指令系統有CISC和RISC之分，前者是復雜指令系統計算機，后者是精簡指令系統計算機
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指令系統的性能要求
（1）完備性：指令足夠使用
（2）有效性：程序占據存儲空間小、執行速度快
（3）規整性：包括指令系統的對稱性、勻齊性、指令格式和數據格式的一致性
（4）兼容性：系列機各機種之間具有相同的基本結構和共同的基本指令集
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低級語言與硬件結構的關系：略
4.2指令格式
機器指令是用機器字來表示的。表示一條指令的機器字成為指令字，簡稱指令。
指令格式，是指令字用二進制代碼表示的結構形式，通常由操作碼字段和地址碼字段組成
操作碼字段：OP；
地址碼字段：A
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操作碼
OP表示該指令應進行什么性質的操作，如加、減、乘、除等。
一般來說，一個包含n位的操作碼最多能夠表示 2^n 條指令
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地址碼
根據一條指令中有幾個操作數地址，可將該指令稱為幾操作數指令或幾地址指令
有零地址指令、一地址指令、二地址指令和三地址指令
在二地址指令格式中，可以歸結為三種類型：
（1）訪問內存的指令格式，稱為
存儲器-存儲器(SS)型指令，這種操作時都是涉及內存單元（2）訪問寄存器的指令格式，稱為
寄存器-寄存器(RR)型指令（3）
寄存器-存儲器(RS)型指令 -
指令字長度
一個指令字中包含二進制代碼的位數，稱為指令字長度。
機器字長是指計算機能直接處理的二進制數據的位數，決定了計算機的運算精度。機器字長通常與主存單元的位數一致。
指令字長度等於機器字長度的指令，稱為單字長指令；等於半個機器字長的指令，稱為半字長指令；等於兩個機器字長度的指令，稱為雙字長指令
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指令助記符
硬件只能識別1和0，操作碼在機器上都有對應的二進制代碼。便於書寫和閱讀，用英文的縮寫代替，縮寫碼叫做指令助記符，如ADD、SUB、MOV、JMP等
例題：
指令格式如下，OP為操作碼，試分析指令格式的特點
|15 9| |7 4|3 0|
| OP | —— | 源寄存器 | 目標寄存器 |
解：
（1）單字長的二地址指令
（2）操作碼字段OP可以指定2^7=128條指令
（3）源寄存器和目標寄存器都是通用寄存器，可分別指定16個，RR型指令
（4）常用於算術邏輯運算類指令
指令格式如下，分析指令格式特點
|15 10| |7 4|3 0|
| OP | —— | 源寄存器 | 變址寄存器 |
| 位移量（16位) |
解：
（1）雙字長二地址指令，用於訪問存儲器
（2）OP為6位，可以指定64種指令
（3）一個操作數在源寄存器中，目標操作數在存儲器中（由變址寄存器和位移量決定），RS型指令
4.3操作數類型
略
4.4指令和數據的尋址方式
存儲器既可以存放數據，也可以存放指令。
尋址方式分為兩類，指令尋址方式和數據尋址方式。
馮.諾依曼型結構的計算機中，內存中指令的尋址與數據的尋址是交替進行的
哈佛型計算機中指令尋址和數據尋址是獨立進行的
（1）指令的尋址方式
有順序尋址和跳躍尋址之分
（2）操作數基本尋址方式
形成操作數的有效地址的方式，稱為操作數的尋址方式
有 隱含尋址、立即尋址、直接尋址、間接尋址、寄存器尋址、寄存器間接尋址、偏移尋址（相對尋址(使用PC)、基址尋址、變址尋址）
段尋址方式 ：基地址+偏移量
4.5典型指令
- MOV 傳送
- STO 存數 ： 由CPU向存儲器傳送字
- LAD 取數 ： 由存儲器向CPU傳送字
- EXC 交換 ： 源和目標交換內容
- CLA 清零
- SET 置1
- PUS 進棧
- POP 退棧
- ADD、SUB、MUL、DIV、ABS、NEG（變負）、INC（增量，操作數加1）、DEC（減量，操作數減一）
- AND、OR、NOT、EOR（異或）、TES（測試）、COM（比較）、SHI（移位）、ROT（循環移）
- JMP、JMPX（條件轉移）、JMPC（轉子）、RET（返回）