35、微处理器指令集设计深度剖析

微处理器指令集设计深度剖析

1. 指令集设计概述

指令集描述了微处理器能够执行的操作集合。在设计指令集时，设计者通常首先会考虑在应用中需要哪些算术运算。例如，对于数字信号处理（DSP）应用，会特别关注对快速加法和乘法的支持。除了算术逻辑单元（ALU）操作外，还需要数据移动指令和程序流程控制指令，如分支或跳转指令。

指令集的设计依赖于微处理器的底层架构，不考虑硬件元素就无法完全定义指令集。为了简化这个复杂的任务，可以将开发过程分解为以下几个步骤：
1. 微处理器支持哪些寻址模式？
2. 底层数据流架构是什么，即一条指令涉及多少个操作数？
3. 每个操作数可以在哪里找到（例如，寄存器、内存、端口）？
4. 支持哪些类型的操作？
5. 下一条指令在哪里可以找到？

2. 寻址模式

寻址模式描述了如何定位操作数。复杂指令集计算机（CISC）可能支持多种不同的模式，而精简指令集计算机（RISC）或可编程数字信号处理器（PDSP）则倾向于使用最常用的寻址模式。以下是RISC和PDSP中最常见的寻址模式：
- 隐含寻址 ：操作数来自或去往指令中隐式而非显式定义的位置。例如，栈机中的ADD操作（未列出操作数），所有算术运算都使用栈顶的两个元素。另一个例子是PDSP的ZAC操作，它会清除TMS320 PDSP中的累加器。
| 指令 | 描述 | μP |
| ---- | ---- | ---- |
| ZAT | 清除累加器和T寄存器 | TMS320C50 |
| APAC | 将P寄存器的内容加到累加器寄存器并替换累加器寄存器的值 |