指令和指令系統概述
指令和指令系統概述
基本概念
指令:引起計算機執行某種操作的最小的功能單位。
指令系統:一臺計算機的全部指令的集合。
CISC:復雜指令系統計算機的簡稱。
RISC:簡化指令系統計算機的簡稱。
指令格式:一條指令由操作碼和操作數地址碼兩部分組成。一般是如下格式:
操作碼
?操作數地址碼?
操作碼:指明本條指令的操作功能。如算術運算、邏輯運算、存數、取數、轉移等。每條指令分配一個確定的操作碼。
操作數地址碼:指出該條指令涉及的操作數的地址。
操作碼:指明本條指令的操作功能。如算術運算、邏輯運算、存數、取數、轉移等。每條指令分配一個確定的操作碼。
操作數地址碼:指出該條指令涉及的操作數的地址。
一、操作碼的組織與編排
有三種組織方式:
1、定長的操作碼:每條指令的的操作碼均相同,即用固定長度的若干位表示操作碼。
優點:簡化了計算機的硬件設計,提高了指令譯碼和識別速度。
缺點:當指令長度較短時,操作數地址的位數就會嚴重不足。
因此定長的操作碼適用于計算機字長較長的計算機指令系統。
2、變長的操作碼:指令的的操作碼長度不盡相同,將使用頻率較高而地址碼要求較多的的指令用較少位表示操作碼;而對那些地址碼位數要求較少的指令,用較多位表示操作碼;對那些無操作數的指令,整個指令字均用作操作碼。
如PDP-11計算機是16位的小型機,它的變長的操作碼舉例如下: 7位操作碼:? 0 1 1 1 X X X? 地址碼1? 地址碼2?
8位操作碼:
?1 0 0 0 0 X X X? 位移或常數?
10位操作碼:
?1 0 0 0 0 1 0 1 X X? 目標地址?
16位操作碼:? 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 X X?
優點:在比較短的指令字中,既能表示出比較多的指令條數,又能盡量滿足操作數地址的要求。
缺點:增加了硬件設計的復雜性。
以上兩種方案,操作碼一般在指令字的最高位部分。
3、操作碼與操作數地址有所交叉的方案特點:不同的指令操作碼長度不同,而且與表示操作數地址碼的字段有所交叉。
二、操作數地址的設計安排
1、無操作數指令:指令中不涉及操作數或使用約定的操作數。如停機指令、空操作指令、關中斷及堆棧操作指令。
2、單操作數指令:指令中只涉及一個操作數或還使用另一約定的操作數。例如:寄存器內容加1、減1指令;與外設交換數據的指令,只在指令中指明外設地址,而把接受或送出的寄存器約定下來;另外一種情況是采用單一累加器的計算機中約定目的操作數和保存結果都使用唯一的累加器,指令中只表示一個源操作數即可。
3、雙操作數指令:指令中要指出目的操作數和源操作數的地址,其中目的操作數地址還用于保存運算結果。
4、多操作數指令:如三操作數指令,指令中不僅要指出目的操作數和源操作數的地址,還要指出保存運算結果的去處。
三、關于指令的分類
下面是按指令的功能來分類
1、算術與邏輯運算指令:這是每臺計算機必須要有的指令。這類指令不僅給出運算結果,還有結果的有關特征。
2、移位操作指令:包括算術移位(主要是右移)、邏輯移位、循環移位三種。
3、數據傳送指令:實現通用寄存器之間、存儲器之間、通用寄存器與存儲器之間、通用寄存器與外設接口之間的數據傳送。
4、轉移指令、子程序調用與返回指令:
轉移指令分為無條件轉移指令和條件轉移指令兩種。二者相同之處是在指令中必須給出轉移地址;不同之處是條件轉移指令還必須在指令中給出轉移的條件(程序狀態字C、Z、V、S)。
子程序調用與返回指令是一種特殊的轉移指令,二者要配合使用。子程序又分為用戶自己編寫的子程序和軟件提供的子程序,對后者的訪問又被稱為訪問系統程序(訪管)指令、陷阱(TRAP)指令。
5、特權指令
用于操作系統或其他系統軟件的指令,一般不提供給用戶使用。
6、其他指令
四、關于操作數的來源、去處
1、CPU內部的通用寄存器:例如 MOVE R2,R1
2、外設接口中的寄存器:例如 IN PORT
3、內存儲器的一個存儲單元:例如 MOVE [R12],R1 load()?
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