计算机组成原理学习笔记——四、指令系统

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第四章、指令系统

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4.1 指令格式

指令(又称机器指令)是计算机运行的最小功能单位。

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其中,

操作码

指出指令中该指令应该执行什么性质的操作和具体有何种功能。

地址码

用于给出被操作的信息(指令或数据)的地址。

指令的长度是指一条指令中所包含的二进制代码的位数,指令字长取决于操作码的长度、操作数地址码的长度和操作数地址的个数。指令长度与机器字长没有固定的关系。



变长操作码指令
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定长操作码指令

定长操作码指令是在指令字的最高位部分分配固定的若干位(定长)表示操作码。一般n位操作码字段的指令系统最大能够表示2的n次方条指令。

扩展操作码指令格式:



扩展操作码技术

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在设计扩展操作码指令格式时,必须注意以下两点:

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)各指令的操作码不一定重复。



例题

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8.

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12.

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13-14

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4.2 指令寻址方式

寻址方式是指寻找指令或操作数有效地址的方式,也就是确定本条指令的数据地址,以及下一条将要执行的指令地址的方法。寻址方式分为指令寻址和数据寻址两大类。

寻址方式分为指令寻址和数据寻址两大类。寻找下一条将要执行的指令地址称为指令寻址;寻找操作数地址称为数据寻址。

指令中的地址码字段并不代表操作数的真实地址,称为形式地址(A)。



指令寻址和数据寻址



指令寻址

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跳跃是指由本条指令给出下条指令地址的计算方式



数据寻址

指令格式:

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小结:

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例题

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4.寄存器寻址有效缩短指令中某个地址段的位数;

5.隐地址寻址能简化地址结构;

6.寻址速度:立即寻址>寄存器寻址>直接寻址>间接寻址

9.基址寻址与变址寻址区别

11.
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13. 多道程序设计中,最重要的寻址方式是相对寻址。

14.
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C跳跃寻址通过转移类指令(如相对寻址)实现程序的条件或无条件转移;

16.

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17.

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A

19.

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B

22.

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A??

24.

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25.

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4.3 CISC和RISC的基本概念

典型:复杂指令系统计算机CISC(X86)、精简指令系统计算机RISC(ARM、MIPS架构的计算机)

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流水线并非RISC的专利;



例题

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本章小结:

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数据在存储器中边界对齐:

边界对齐方式相对边界不对齐方式是一种空间换时间的思想。又因为对齐方式与取指令时间相同,故而能适应指令流水。

Load/Store:

这种装入/存储型指令系统最大的特点是指令格式规整,指令长度一致,一般为32位。



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