计算机组成原理第四章指令系统————指令的格式

指令格式

指令是表示指示计算机执行操作的命令，一组二进制代码
指令系统是所有指令的集合，也称为指令集

指令的基本格式

一般由操作码和地址码两部分构成，其中操作码在前，地址码在后，地址码的个数可变
操作码：表示指令的操作，特性与功能不可缺少
地址码：参与操作数的地址

指令的分类

按地址码分类

零地址指令

零地址：[OP]
只给出操作码OP
1）不需要操作数的指令，如空操作指令、停机指令、关中断指令等。
2）零地址的运算类指令仅用在堆栈计算机中。
通常参与运算的两个操作数隐含地从 栈顶和次 栈顶弹出，送到运算器进行运算，运算结果再隐含地压入堆栈。

一地址指令

零地址：[OP][A1]
两种类型
1）只有目的操作数指令，取出A1，进行OP操作后，结果存回原地址
OP(A1)—>a1 完成一条指令进行三次访存
2）隐含约定目的的双操作数指令，取出A1，与ACC的隐含操作数进行OP操作，结果存回原地址
(ACC)OP(A1)—>ACC 完成一条指令进行两次访存

二地址指令

零地址：[OP][A1][A2]
(A1)OP(A2)—>A1 完成一条指令进行四次访存

三地址指令

零地址：[OP][A1][A2][A3( 结果)]
(A1)OP(A2)—>A3 完成一条指令进行四次访存

四地址指令

零地址：[OP][A1][A2][A3( 结果)][A4( 下一条执行的地址)]
(A1)OP(A2)—>A3 完成一条指令进行四次访存

按指令长度分类

定长指令字结构：
： 指令系统中所有指令的长度都相等 变长指令字结构：
变长指令字结构：
： 指令系统中各种指令的长度不等
半字长指令、单字长指令、双字长指令 ——指令长度是机器字长的多少倍

按操作码分类

定长操作码

操作码长度不变：[OP][A1][A2]

一般n位操作码字段的指令系统最大能够表示2n条指令。

• 优：定长操作码对于简化计算机硬件设计，提高指令译码和识别速度很有利；
• 缺：指令数量增加时会占用更多固定位，留给表示操作数地址的位数受限。

变长操作码

操作码长度可变：[OP ---- ][A2]
定长指令字结构+可变长操作码—>扩展操作码指令格式

扩展操作码

扩展操作码==定长指令字结构+可变长操作码
注意事项：
• 1）不允许短码是长码的前缀，即短操作码不能与长操作码的前 面部分的代码相同。
• 2）各指令的操作码一定不能重复。
通常情况下，对使用频率较高的指令，分配较短的操作码；对使用 频率较低的指令，分配较长的操作码，从而尽可能减少指令译码和 分析的时间。

最常见的变长操作码方法是扩展操作码，使操作码的长度随地址码的减少而增加，不同地址数的 指令可以具有不同长度的操作码，从而在满足需要的前提下，有效地缩短指令字长。

• 优：在指令字长有限的前提下仍保持比较丰富的指令种类；
• 缺：增加了指令译码和分析的难度，使控制器的设计复杂化。

按指令操作类型分类

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