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一. 指令格式
二. 扩展操作码
三. 指令寻址
#xff08;1#xff09;指令寻址
#xff08;2#xff09;数据寻址
1.直接寻址
2.间接寻址
3.寄存器寻址
4.寄存器间接寻址
5.隐含寻址
6.立即寻址
7.基址寻址
8.变址寻址
9.相对寻址
10.堆栈寻址 一. 指令…目录
一. 指令格式
二. 扩展操作码
三. 指令寻址
1指令寻址
2数据寻址
1.直接寻址
2.间接寻址
3.寄存器寻址
4.寄存器间接寻址
5.隐含寻址
6.立即寻址
7.基址寻址
8.变址寻址
9.相对寻址
10.堆栈寻址 一. 指令格式
指令又称机器指令是指示计算机执行某种操作的命令是计算机运行的最小功能单位。一台计算机的所有指令的集合构成该机的指令系统也称为指令集。 注一台计算机只能执行自己指令系统中的指令不能执行其他系统的指令。Eg: x86架构、ARM架构。 指令格式一条指令就是机器语言的一个语句它是一组有意义的二进制代码。一条指令通常要包括操作码字段和地址码字段两部分。根据地址码数目不同可以将指令分为零地址指令、一地址指令、二地址指令...
零地址指令OP
不需要操作数如空操作、停机、关中断等指令堆栈计算机两个操作数隐含存放在栈顶和次栈顶计算结果压回栈顶。例如数据结构后缀表达式。
一地址指令OP A1
只需要单操作数如加1、减1、取反、求补等。指令含义OP(A1)→A1完成一条指令需要3次访存取指→读A1→写A1需要两个操作数但其中一个操作数隐含在某个寄存器如隐含在ACC)。指令含义 (ACC)OP(A1)→ACC完成一条指令需要2次访存取指→读A1
注A1指某个主存地址类比C语言指针(A1)表示A1所指向的地址中的内容类比指针所指位置的内容
二地址指令OP A1目的操作数) A2源操作数) 常用于需要两个操作数的算术运算、逻辑运算相关指令。指令含义(A1)OP(A2)→A1。完成一条指令需要访存4次取指→读A1→读A2→写A1
三地址指令OP A1 A2 A3结果 常用于需要两个操作数的算术运算、逻辑运算相关指令。指令含义(A1)OP(A2)→A3。完成一条指令需要访存4次取指→读A1→读A2→写A3
四地址指令OP A1 A2 A3结果 A4下址 A4下一条将要执行指令的地址。指令含义(A1)OP(A2)→A3。完成一条指令需要访存4次取指→读A1→读A2→写A3。正常情况下取指令之后PC1指向下一条指令。而四地址指令执行指令后将PC的值修改位A4所指地址。 地址码的位数有什么影响?n位地址码的直接寻址范围.若指令总长度固定不变则地址码数量越多每一个地址码位数越少寻址能力越差。
指令字长一条指令的总长度可能会变) 机器字长CPU进行一次整数运算所能处理的二进制数据的位数通常和ALU直接相关)
存储字长一个存储单元中的二进制代码位数通常和MDR位数相同)
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 指令字长会影响取指令所需时间。如机器字长存储字长16bit则取一条双字长指令需要两次访存。
定长指令字结构指令系统中所有指令的长度都相等。变长指令字结构指令系统中各种指令的长度不等
定长操作码指令系统中所有指令的操作码长度都相同n位操作码→条指令控制器的译码电路设计简单但灵活性较低 可变长操作码指令系统中各指令的操作码长度可变控制器的译码电路设计复杂但灵活性较高
定长指令字结构指令总长度不变可变长操作码→扩展操作码指令格式。
指令按操作类型分类 二. 扩展操作码
定长操作码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。
扩展操作码(不定长操作码)全部指令的操作码字段的位数不固定且分散地放在指令字的不同位置上。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。
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。 三. 指令寻址
1指令寻址
指令寻址下一条欲执行指令的地址(始终由程序计数器PC给出。
顺序寻址(PC)“1”→PC1是指令字长不是存储字长也不是1个字节先有1操作也就是让PC指向下一条指令然后在执行本条指令。 跳跃寻址由转移指令指出。每次取指令之后PC一定会自动1指向下一条应该执行的指令JUMP会把PC的值强制修改。 2数据寻址 数据寻址确定本条指令的地址码指明的真实地址。
例如左JMP 77就是真实地址中7解读为从程序初始地址100的偏移右3解读为执行103时PC的偏移量。 求出操作数的真实地址称为有效地址(EA)。指令中的地址码记为A。为了区别寻址方式可以在前加几位寻址方式位 1.直接寻址
直接寻址指令字中的形式地址A就是操作数的真实地址EA即EAA。 一条指令的执行取指令访存1次执行指令访存1次暂不考虑存结果共访存2次 优点简单指令执行阶段仅访问一次主存不需专门计算操作数的地址。 缺点A的位数决定了该指令操作数的寻址范围。操作数的地址不易修改。
2.间接寻址
间接寻址指令的地址字段给出的形式地址不是操作数的真正地址而是操作数有效地址。所在的存储单元的地址也就是操作数地址的地址即EA(A)。
一条指令的执行取指令访存1次执行指令访存2次暂不考虑存结果共访存3次 优点可扩大寻址范围(有效地址EA的位数大于形式地址A的位数)。便于编制程序(用间接寻址可以方便地完成子程序返回)。缺点指令在执行阶段要多次访存(一次间址需两次访存多次寻址需根据存储字的最高位确定几次访存)。
3.寄存器寻址
寄存器寻址在指令字中直接给出操作数所在的寄存器编号即EARi,其操作数在由Ri所指的寄存器内。
一条指令的执行取指令访存1次执行指令访存0次访问寄存器暂不考虑存结果共访问1次
优点指令在执行阶段不访问主存只访问寄存器指令字短且执行速度快支持向量/矩阵运算。 缺点寄存器价格昂贵计算机中寄存器个数有限。 4.寄存器间接寻址
寄存器间接寻址寄存器Ri中给出的不是一个操作数而是操作数所在主存单元的地址即EA(Ri)。
一条指令的执行取指令访存1次执行指令访存1次暂不考虑存结果共访存2次。 特点与一般间接寻址相比速度更快但指令的执行阶段需要访问主存(因为操作数在主存中)。
5.隐含寻址
隐含寻址不是明显地给出操作数的地址而是在指令中隐含着操作数的地址。 优点有利于缩短指令字长。缺点需增加存储操作数或隐含地址的硬件。
6.立即寻址
立即寻址形式地址A就是操作数本身不是操作数在主存的地址这一点和直接寻址区分开又称为立即数一般采用补码形式。#表示立即寻址特征。
一条指令的执行取指令访存1次执行指令访存0次暂不考虑存结果共访存1次
优点指令执行阶段不访问主存指令执行时间最短。 缺点A的位数限制了立即数的范围。
7.基址寻址
基址寻址以程序的起始存放地址作为“起点”。
左图将CPU中基址寄存器BR的内容加上指令格式中的形式地址A形成操作数的有效地址即EA(BR)A。
右图部分计算机没有BR所以需要借用通用寄存器在指令中指明要将哪个通用寄存器作为基址寄存器使用。 优点便于程序“浮动”修改BR的值即可方便实现多道程序并发运行。可扩大寻址范围基址寄存器的位数大于形式地址A的位数)。用户不必考虑自己的程序存于主存的哪一空间区域故有利于多道程序设计以及可用于编制浮动程序整个程序在内存里边的浮动。
注基址寄存器是面向操作系统的其内容由操作系统或管理程序确定。在程序执行过程中基址寄存器的内容不变作为基地址)形式地址可变作为偏移量。当采用通用寄存器作为基址寄存器时可由用户决定哪个寄存器作为基址寄存器但其内容仍由操作系统确定。
8.变址寻址
变址寻址程序员自己决定从哪里作为“起点”。有效地址EA等于指令字中的形式地址A与变址寄存器IX的内容相加之和即EA (IX)A其中IX可为变址寄存器专用也可用通用寄存器作为变址寄存器。 注变址寄存器是面向用户的在程序执行过程中变址寄存器的内容可由用户改变(IX作为偏移量形式地址A不变(作为基地址。而基址寻址中BR保持不变作为基地址A作为偏移量。
例如执行求数组和的操作如果采用直接寻址每一次加法对应一条指令编程就很不灵活 而如果采用变址寻址方式 在数组处理过程中可设定形式地址A为数组的首地址不断改变变址寄存器lX的内容便可很容易形成数组中任一数据的地址特别适合编制循环程序。
复合寻址假如上面的代码存在编号100的起始地址 9.相对寻址
相对寻址以程序计数器PC所指地址作为“起点”。把程序计数器PC的内容加上指令格式中的形式地址A而形成操作数的有效地址即EA(PC)A其中A是相对于PC所指地址的位移量可正可负补码表示。 优点操作数的地址不是固定的它随着Pc值的变化而变化并且与指令地址之间总是相差一个固定值因此便于程序浮动(一段代码在程序内部的浮动。相对寻址广泛应用于转移指令。
补充关于汇编语言的比较和跳转 10.堆栈寻址
堆栈寻址操作数存放在堆栈中隐含使用堆栈指针(SP)作为操作数地址。
堆栈是存储器或专用寄存器组中一块特定的按“后进先出LIFO)”原则管理的存储区该存储区中被读/写单元的地址是用一个特定的寄存器给出的该寄存器称为堆栈指针(SP) 。 上面称为硬堆栈硬堆栈直接使用寄存器如果在主存中操作我们称为软堆栈。堆栈可用于函数调用时保存当前函数的相关信息。
