计算机组成原理——指令系统

计算机组成原理——指令系统

指令概念

指令是指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计算机的指令系统，也称为指令集。

一台计算机只能够执行自己的指令集中的指令，通常不能执行其他架构的指令。如ARM的机器只能执行ARM指令集的指令，而不能执行X86架构指令集的指令，但是一些工程师会设计一些转译器，将X86的某些程序翻译成ARM指令的，从而实现在ARM机器上跑X86应用程序。

指令格式

一条指令就是机器语言的一个语句，它是一组有意义的二进制代码。一条指令通常包括操作码OP和地址码A两个部分。

操作码指明了用户要干什么，例如停机中断、加减乘除等；地址码指明了对谁进行操作。

一条指令可能包含多个地址码，根据地址码数目不同，可以分为零地址指令、一地址指令、二地址指令……

如果机器的指令长度固定不变，那么地址码数量越多，寻址能力就越差。

n位地址码寻址范围$2^n$

按地址数目分类

零地址指令

零地址指令不需要给出地址码。

通常有以下两种情况需要用零地址指令：

• 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。

一地址指令

一地址指令需要一个地址码。

通常以下情况用到这种指令：

• 只需要单操作数，如加1、减1

$$OP(A_1)\to A_1$$

• 需要两个操作数，单其中一个隐含在寄存器中（如隐含在ACC）

$$(ACC)OP(A_1)\to ACC$$

$A_1$指某个主存地址，$(A_1)$表示存放的内容，下标表示操作码后跟的第1个地址码。

二地址指令

二地址指令后根两个地址码，第一个地址码$A_1$为目的操作数，第二个地址码为源操作数$A_2$。

二地址指令常用于需要两个操作数的算术运算、逻辑运算相关指令。

$$(A_1)OP(A_2)$$