指令

程序是由一系列指令組成的，指令是要計算機執行某種操作的命令。包括：微指令、宏指令、機器指令。

微指令：微程序級指令，屬于硬件

宏指令：由若干條機器指令組成的軟件指令，屬于軟件

機器指令：介于微指令和宏指令之間，每條指令可完成一個獨立的算術或邏輯運算

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指令格式：

指令字（簡稱指令）：表示一條指令的機器字。

指令格式：指令字用二進制代碼表示的結構形式，由操作碼字段和地址碼字段組成

操作碼字段：指令的操作特性與功能

地址碼字段：參與操作的操作數的地址碼

注：每條指令都有一個操作碼，表示指令應該進行什么性質的操作；不同指令操作碼字段編碼是不一樣的。

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操作碼

操作碼可以分為固定長度和可變長度的代碼。

固定長度編碼：

即所以指令操作碼長度相同。

例：64條指令，采用固定長度操作碼，則需要6位編碼，2^6=64 (從000000~111111)

優點：編碼簡單；缺點：不利于增加新的指令

可變長度編碼：

即指令操作碼長度不同。

優點：擴展方便（便于增加新的指令）；能夠縮短指令操作碼的平均長度，節約空間

缺點：編碼復雜

例：對100條指令進行編碼設計。

(1)采用固定長度操作碼編碼則需要7位操作碼（2^7=128，可以多于100但是不能少于100），其中前100（0-99）個用作操作碼，后28（100-127）個用于擴展；操作碼的平均長度=7

(2)采用不固定長度操作碼編碼，其中10條指令使用概率為90%，剩余90條指令使用概率為10%；

設計方案：可以先用4位代碼對10條常用指令進行編碼（2^4=16>10，剩余6個代碼用作擴展），由于剩余6個4位代碼，而我們還需要對其余90個指令進行編碼，那么我們可以在這剩余的6個4位代碼中進行擴展；90/6=15<2^4=16，即我們需要在剩余的6個位代碼中再擴展4位即可組成一個8位操作碼即可對余下的90個指令進行編碼；又因為2^4*6=96。所以我們還剩下最后6個8位編碼可用于擴展；

操作碼的平均長度為：4*90%+8*10%=4.4

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地址碼

指令中指定操作數存儲位置的字段稱為地址碼

指令中可以有一個、兩個或者三個操作數，也可以沒有操作數。根據指令有幾個操作數地址，可將指令分為零地址指令（指令中沒有地址碼）、一地址指令、二地址指令、三地址指令。4個地址碼的指令很少使用。

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二地址指令涉及到2個操作數地址，根據2個操作數地址存在的位置分為，寄存器-寄存器類型(RR)（即兩個操作數都在寄存器，速度快），寄存器-存儲器類型(RS)（一個數在寄存器，另一個數在存儲器），存儲器-存儲器類型(SS)（兩個數都在存儲器中，速度慢）

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指令字

指令字長度：一個指令字中包含二進制代碼的位數（包含操作碼和地址碼），其長度應該與計算機的數據字長（機器字長）相匹配，以簡化指令訪存的操作。一般指令字長為機器字長的整數倍。

機器字長：計算機一次能直接處理的二進制數據的位數，它確定了計算機的運算精度。指令字長等于機器字長指令稱為單字長指令。使用多字長指令的缺點：必須多次訪問內存以取出一整條指令，降低了cpu的運算速度，又占用了更多的存儲空間。

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操作碼的設計原則：

從操作碼較短的入手設計，即從短操作碼入手。

如指令長度固定的情況下，地址碼數量較多（即操作碼短）的指令中可以安排較短的操作碼，地址碼數量較少的指令中可以安排較長的操作碼。

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指令和數據的尋址方式

操作數或指令的地址：某個操作數或某條指令存放在某個存儲單元時其存儲單元的編號。

尋址方式分類：指令尋址和數據尋址

指令尋址：確定下一條欲執行指令的指令地址

數據尋址：確定本條指令的操作數地址

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指令尋址分類：順序尋址（pc + 1）、跳躍尋址（跳躍指令）

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數據尋址方式有如下情況：

(1)存儲器尋址：操作數在內存中，指令的操作碼部分指明了操作數所在內存單元地址

(2)寄存器尋址：指令的地址碼部分指明了操作數所在的cpu中的一個寄存器

(3)立即數尋址方式：指令的地址碼部分就是操作數本身

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地址碼分析

形式地址(A)：指令字中的地址

有效地址(EA)：操作數的真實地址

指令中所給出的地址碼，并不一定是操作數的有效地址。可能需要經過尋址特征將形式地址轉變為有效地址。

尋址過程就是把操作數的形式地址，變換為操作數的有效地址的過程。

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常見的幾種尋址方式

(1).隱含尋址：指令中只給出來了一個操作數地址，另一個操作數存在于累加寄存器ACC中

特點：指令中少了一個地址字段，可縮短指令字長。

(2)立即尋址：指令中給出的形式地址不是地址而是操作數本身

特點：1.指令執行階段不訪問內存（速度快）；2.指令中形式地址的位數限制了操作數的范圍

(3)直接尋址:?EA=A

指令中給出的形式地址就是操作數的有效地址，而不需要經過轉換再變為有效地址

特點：1.執行階段訪問一次內存（根據地址取出操作數）；2.形式地址的位數決定了指令操作數的尋址范圍

(4)間接尋址:EA=(A)?

指令中給出的形式地址是操作數地址的地址；即需要根據形式地址找到內存中操作數的地址，然后根據內存中操作數的有效地址獲取內存中的操作數

特點：1.執行指令階段2次訪問內存 2.可擴大尋址范圍

(5)寄存器尋址：EA=Ri

指令中給出的形式地址就是有效地址即寄存器的編號，操作數位于寄存器中

特點：執行階段不訪問內存，只訪問寄存器，速度快

(6)寄存器間接尋址：EA=(Ri)

指令中給出的形式地址是寄存器中指定編號單元中的地址，即有效地址位于指定寄存器編號中的地址，然后根據地址訪存

特點：有效地址在寄存器中，操作數在存儲器中，執行階段訪問一次內存

(7)偏移尋址：EA=A+(R)

有效地址是計算出來的，即有效地址(EA)=形式地址(A)+寄存器(R)，其中形式地址是顯示存在的，另一個地址字段隱含在某個專用寄存器R中。

常用的三種偏移尋址是相對尋址、基址尋址、變址尋址。

相對尋址：EA = A + (PC)?? （pc寄存器：當前正在執行的指令地址）

基址尋址：EA = A + (BR) ??（BR：基址寄存器）

變址尋址：EA = A + (IX)?? ? （IX: 變址寄存器）

形式地址A也稱位移量D(相對于當前指令的位移量)

(8)段尋址方式：操作數在內存中

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CISC和RISC?

cisc（Complex Instruction Set Computer）：復雜指令系統計算機

risc（Reduced Instruction Set Computer）：精簡指令系統計算機

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精簡指令系統

對于cisc指令系統而言，實際使用中，經常使用的指令占指令系統的20%，其使用頻度為80%。80%的指令使用頻度為20%。因此產生了RISC指令系統。

RISC指令系統的特點：

(1)選取使用頻率高的簡單指令

(2)指令長度固定，指令格式種類少

(3)只有取數/存數指令訪問存儲器，其余指令的操作都在寄存器之間（速度快）

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例：精簡指令系統SPARC中，對于一些沒有選入指令系統的指令，可以通過指令集中的另外一條指令來代替實現

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的计组—指令及寻址的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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