计算机组成原理(6)指令系统

回顾：

一个存储器由存储体和MAR+MDR构成，存储体又由多个存储元构成的存储矩阵构成。

工作原理：把存储矩阵还有译码器和控制电路组装在一起就是一个存储芯片，其中有片选线、地址线和数据线，从而理解如何寻址。

具体分类：上一章说到存储器的分类以及组成，可以按照材料进行分类，也可以按照功能进行分类：分为Cache、内存、外存。

其中存储器还分为RAM和ROM，RAM就是随机存储寄存器，其读取需要的时间与存储的位置无关，又分为SRAM和DRAM,这两个一个是靠触发器，一个是靠电容。

DRAM由于其为破坏性读数，需要刷新，所以做主存更多，ＳＲAM做缓存更多，来解决CPU和存储器速度不一致的问题，这两个都是一断电数据就丢失。

所以产生了ROM。

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指令格式

指令寻址方式

两种设计方式：CISC和RISC

一条指令就是机器语言的一条，软件能工作也是因为其首先翻译成指令，硬件在指令的指挥下进行工作。

一条指令分为操作码+地址码

设主存里不仅存储指令还存储数据，那么一条指令的执行过程是这样的

假设执行的是

把()+()的内容放到里面,下一条指令是A4

其中地址为6位，地址中放的内容是32位，放的内容可能是数据也可能是指令，如果放的是指令那么操作码占8位，4个地址码占6位。

因为地址码占6位，那么一共有64个不同的位置。如上图叙述，该过程要访问主存4次。

如果把存放数据和指令放在两个不同的地方，那么执行完一条指令，直接读下一条指令就可以，即地址+1，所以增加了一个PC，计数器,会自加。这样就不需要了，指令结构可以优化为三地址指令，又接着优化为2地址指令和一地址指令，如图：

无论怎么改变都没有改变指令字长，这样的叫定长指令字结构：指令长度固定

还有变长指令字结构：随着地址码的减小指令变短。如：从一地址变为零地址

定长操作码和扩展操作码

扩展操作码是把其中一个状态表示为扩展状态，然后后面的地址码就表示操作码，对操作码进行扩展，地址减少，会变为n-1地址指令

就是哈夫曼编码

如何设计可扩展指令呢？假设指令字长固定为16

 

数据存放

其实这部分之前也讲过，大端模式：高位先放，小端模式：低位先放。

按字存储，按字节存储。

还有分为对齐和不对齐

不对齐效率低。

指令寻址

 

基于PC的顺序寻址和跳跃寻址

数据寻址有不同的寻址方式

形式地址不是真的对应存储器中的地址，而是根据存储特征，把他转化为存储器中的真实地址

这就是一地址指令，当然还有二地址指令

立即寻址

直接寻址

间接寻址

怎么判断寻址结束呢？
增加一个位，如果为1，则表示存储是形式地址，0的话表示存储的是实际地址

寄存器寻址

寄存器间接寻址

隐含寻址

默认把一个操作数放到硬件里

总结