指令：计算及执行某些操作的指令

指令系统：一台计算机所有指令的集合

 

指令格式

机器指令的基本格式

一条指令就是机器语言的一个语句，是一组有意义的二进制代码。

操作码：指明操作的性质及功能

地址码：指明操作数的地址

 

指令长度：一条指令中包含的二进制代码的位数，取决于操作码字段的长度、地址码的个数及长度。

在一个指令系统中，若所有指令长度相等，称为定长指令字结构；若各种指令长度岁指令工能不一样，称为变长指令字结构。

 

地址码结构

双操作数指令除操作码外，还应包含以下信息：

第一操作数地址，A1

第二操作数地址：A2

操作结果存放地址：A3

下条将要执行指令的地址：A4

这些信息在指令中明显的给出，称为显地址；用隐含的方式给出，称为隐地址

四地址指令

（A1）op（A2）->A3

 Ai表示地址，（Ai）表示存放于该地址中的内容

三地址指令

（A1）op（A2）->A3

（PC）+1->PC (隐含）

执行一条三址的双操作数运算指令，至少需要访问四次主存。第一次取指令本身，第二次取被操作数，第三次取操作数，第四次保存运算结果

二地址指令

（A1）OP（A2）->A1

（PC）+1->PC (隐含）

A1为目的操作数地址，A2为源操作数地址

同样访问四次主存

一地址指令

（Acc)OP(A1)->Acc

（PC）+1->PC (隐含）

执行一条一地址指令只需要访问两次主存。第一次取指令本身，第二次取操作数。被操作数与结果放在累加寄存器中，读取和存入都不需要访问主存。

零地址指令

零地址指令用在堆栈寄存器

 

用三地址编写的程序最短，指令长度最长，二一零程序长度变长，但指令变短

 

指令的操作码

指令系统每一条指令都有唯一的操作码，指令不同，操作码编码不同

1. 规整型

操作码字段的位数和位置固定。也称定长编码。

假定：指令系统共m条指令，指令中操作码地址为N位，N>=log2m(2N>=m)

2. 非规整型

操作码字段位置不固定，分散的放在指令字的不同位置上

增加指令译码和分析的难度，使控制器设计复杂化

寻址技术

寻址：寻找操作数地址或下一条将要执行的指令地址

编制方式：

1. 编制单位
1. 字编制

编制单位=访问单位

每个编址单位包含的信息量与读或写一次寄存器、主存所获得的信息量是相同的。

2. 字节编址

字节编址为了适应非数值计算的需要。字节编址方式使编址单位与信息的基本单位相一致。

编址单位<访问单位

3. 位编址

2. 指令中地址码的位数

指令格式中每个地址码的位数是与主存容量和最小寻址单位有关联。

主存容量越大，所需地址码位数越长；相同容量，如果以字节为最小寻址单位，地址码的位数需要长些；如果以字为最小寻址单位，地址码位数可以减少。

指令寻址和数据寻址

指令寻址：寻找即将要执行的指令地址

顺序寻址：程序计数器PC加1，自动形成下一条指令的地址；跳跃寻址需要通过程序转移类指令实现

跳跃寻址转移地址形成方式：直接、相对、间接寻址，寻找到的不是操作数的有效地址而是转移的有效地址

数据寻址：寻找操作数的地址

根据指令中给出的地址码字段寻找真实操作数地址的方式。

1. 立即寻址

指令中给出操作数本身，数据就包含在指令中，取出指令也就取出了操作数

2. 寄存器寻址

地址码给出某一个通用寄存器的编号，这个指定的寄存器Ri中存放着操作数S

S=（Ri）

优：从寄存器中存取数据比从主存中快得多

由于寄存器数量少，其地址码字段比主存单元地址字段短得多

3. 直接寻址

指令中地址码字段给出的地址A就是操作数的有效地址，形式地址=有效地址

EA=A 操作数地址不可修改，又叫绝对寻址方式。

S=（A）

地址空间受到指令中地址码字段位数的限制

4. 间接寻址

指令中给出的地址不是操作数的地址，而是存放操作数地址（EA）的主存单元的地址，简称操作数地址的地址。

通常在指令格式中划出一位作为直接或间接寻址的标志位，间接寻址时标志位@=1

EA=（A）

S=（（A））

优：扩大了寻址范围，可用指令的短地址访问大的主存空间。

可将主存单元作为程序的地址指针，用以指示操作数在主存中的位置。操作数地址需要改变时，不必修改指令，只需修改存放有效地址的主存单元（间接地址单元）

5. 寄存器间接寻址

指令中的地址码给出某一通用寄存器的编号，在被指定的寄存器中存放操作数的有效地址，操作数存放在主存单元中。

EA=（Ri)

S=（（Ri））

6. 变址寻址

变址寄存器Rx的内容与指令中给出的形式A相加，形成操作数有效地址

EA=（Rx）+A     变址寄存器Rx的内容（Rx）称为变址值

S=（（Rx）+A）

7. 基址寻址

基址寄存器Rb的内容与指令中给出的位移量D相加，形成操作数有效地址

EA=(Rb）+D    基址寄存器Rb的内容（Rb）称为变址值

S=（（Rb）+D）

指令的地址码字段是一个位移量，可正可负

8. 相对寻址

由程序计数器PC提供基准地址，指令中的地址码字段作为位移量D，两者相加后得到操作数的有效地址

EA=（PC)+D

S=（（PC）+D）

位移量指出的是操作数和现行指令之间的相对位置

特点

操作数的地址不固定，随PC值变化而变化，与指令地址相差一个固定值+-D。

对于指令地址而言，操作数地址可能在指令地址之前或之后

页面寻址

将整个主存空间分成若干个大小相同的区，每个区称为一页，每页有若干个主存单元。每页都有自己的编号，称为页面地址；页面内的每个主存单元也有自己的编号称为页内地址。

操作数的有效地址：前面为页面地址，后部为页内地址。

页内地址由指令的地址码部分自动直接提供，与页面地址通过拼装得到有效地址，无需计算，寻址较快。

页面寻址分为三种：

1. 基页寻址 EA=0//A,操作数S在零页面中。基页寻址实际上就是直接寻址。

2. 当前页寻址 EA=(PC)H//A 操作数S与指令本身处于同一页面

3. 区别不同的寻址方式

显式：在指令中设置专门的寻址方式字段

隐式：由指令的操作码字段说明指令格式隐含约定寻址方式

一条指令如果有两个或两个以上地址码，各地址码可采用不同的寻址方式。