一、指令的基本概念

1）指令

• 含義：計(jì)算機(jī)能直接識別、執(zhí)行的操作命令（機(jī)器指令）

• 是馮諾依曼結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)“程序控制”原理實(shí)現(xiàn)的載體

2）指令系統(tǒng)（指令集）

• 含義：一臺計(jì)算機(jī)中所有機(jī)器指令的集合

• 系列機(jī)：同一公司不同時(shí)期生產(chǎn)，基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)相同的計(jì)算機(jī)。

• 兼容機(jī)：不同公司生產(chǎn)，基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)相同的計(jì)算機(jī)。

3）指令字長

• 含義：指令中包含的二進(jìn)制位數(shù)

• 與機(jī)器字長相比：單字長、雙字長、半字長等長度指令

• 多字長指令：

  • 解決尋址較大存儲空間的問題
  • 取指會多次訪問內(nèi)存，影響速度，占用空間大

• 等長指令：指令字長度固定

• 變長指令：指令字長度根據(jù)需要可變

二、指令的分類

1）根據(jù)計(jì)算機(jī)層次結(jié)構(gòu)分類

屬于指令集架構(gòu)層（機(jī)器語言指令）

2）根據(jù)指令中地址碼字段的個(gè)數(shù)分類

三、二、一、零地址指令

3）根據(jù)指令中操作數(shù)的物理位置分類

存儲器--存儲器 （SS）型（這種形式現(xiàn)在已經(jīng)淘汰，因?yàn)閮纱味家L問主存，太慢）

寄存器--寄存器 （RR）型

寄存器---存儲器（RS）型

4）根據(jù)指令的功能分類

傳送指令：MOV、PUSH/POP、IN/OUT等

頂點(diǎn)算術(shù)運(yùn)算指令：ADD、SUB、INC、CMP、MUL等

位運(yùn)算指令：NOT、AND、OR、SHL、SAL

控制轉(zhuǎn)移指令：JMP、JNE、CALL、RET等

三、指令格式

操作碼+數(shù)據(jù)源+尋址方式

用二進(jìn)制代碼表示指令的結(jié)構(gòu)形式：

指令要求計(jì)算機(jī)完成什么功能？---》設(shè)置操作碼

指令要求計(jì)算機(jī)處理什么數(shù)據(jù)？----》設(shè)置數(shù)據(jù)源/目

計(jì)算機(jī)怎樣得到要處理的數(shù)據(jù)？----》設(shè)置尋址方式

操作碼字段的位數(shù)與支持的最大指令數(shù)量有關(guān)

對于定長操作碼而言，LengthOP=log2n（向上取整）

支持邊長操作碼時(shí)，操作碼向不用的地址碼字段擴(kuò)展

尋址方式字段的位數(shù)與支持的尋址方式種類有關(guān)

地址碼字段的作用及影響與其位數(shù)和尋址方式有關(guān)

四、指令認(rèn)識

計(jì)算機(jī)能直接識別、執(zhí)行的某種操作命令（機(jī)器指令）是指揮計(jì)算機(jī)指令特定操作的命令

馮諾依曼結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)“程序控制”原理實(shí)現(xiàn)的載體

是軟、硬件界面和程序員操作計(jì)算機(jī)硬件的接口

是硬件設(shè)計(jì)的依據(jù)和軟件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，直接影響計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能

指令系統(tǒng)概述

五、尋址方式

1）、尋址方式的概念

根據(jù)馮諾依曼計(jì)算機(jī)的工作原理，需要根據(jù)物理地址從內(nèi)存中去取指令和數(shù)據(jù)。包括指令尋址方式和數(shù)據(jù)的尋址方式

2）、指令的尋址方式

含義：計(jì)算指令有效地址的方法

指令的尋址方式只有兩種：

順序?qū)ぶ?/p>

跳躍尋址

順序?qū)ぶ?/h4>

• 程序的指令序列在主存順序存放。執(zhí)行時(shí)從第一條指令開始，逐條取出并執(zhí)行，這種程序的順序執(zhí)行過程，稱為順序?qū)ぶ贩绞?/p>

• cpu中設(shè)置程序計(jì)數(shù)器（PC）對指令的順序號進(jìn)行計(jì)算。PC開始時(shí)存放程序的首地址，每執(zhí)行一條指令，PC加1，指出下條指令的地址，直到程序結(jié)束

  • 加1的含義：存儲1條指令占用的字節(jié)單元數(shù)與存儲字長有關(guān)

跳躍尋址

• 當(dāng)程序要轉(zhuǎn)移執(zhí)行的順序時(shí)，指令的尋址就采取跳躍尋址方式
• 跳躍，又稱跳轉(zhuǎn)，是指下條指令的地址碼不是由程序計(jì)數(shù)器給出，而是由本條指令給出
• 注意！程序跳躍后，按新的指令地址開始順序執(zhí)行；指令計(jì)數(shù)器的內(nèi)容也必須相應(yīng)改變，以便及時(shí)跟蹤新的指令地址

3）操作數(shù)尋址方式

含義：形成操作數(shù)有效地址的方法

• • 立即數(shù)尋址：地址碼字段是操作數(shù)本身 MOV AX, 200H
  • 寄存器尋址：地址碼字段是寄存器地址 MOV AX, BX
  • 直接尋址：地址碼字段是內(nèi)存地址 MOV AX, [200H]
  • 間接尋址：地址碼字段是內(nèi)存地址的地址 MOV AX, I[200H]
  • 寄存器間接尋址：地址碼字段是存內(nèi)存地址的寄存器地址 MOV AX, [BX]
  • 相對尋址：操作數(shù)地址 + 當(dāng)前PC的值
  • 基址尋址：操作數(shù)地址 + 基址寄存器的值（一段程序中不變） MOV AX, 32[B]
  • 變址尋址：操作數(shù)地址 + 變址寄存器的值（隨程序不斷變化） MOV AX, 32[SI]

1、立即數(shù)尋址

地址碼字段是操作數(shù)本身

例：MOV AX,200H(AX<---200H)

S=D

特點(diǎn)：

取指操作將數(shù)據(jù)與指令一并讀入CPU內(nèi)部的寄存器，指令執(zhí)行速度塊

便于程序設(shè)計(jì)（變量賦初值）

數(shù)據(jù)大小受字段位數(shù)限制

2、寄存器尋址

操作數(shù)在cpu的內(nèi)部寄存器中

例 MOV AX,BX（AX<---(BX) )

特點(diǎn)：

操作數(shù)在寄存器中，指令執(zhí)行速度快

能訪問的數(shù)據(jù)大小一般與計(jì)算機(jī)字長有關(guān)

地址字段的位數(shù)與計(jì)算機(jī)通用寄存器數(shù)量相關(guān)

3、直接尋址

地址碼字段直接給出操作數(shù)在內(nèi)存的地址，

例 MOV AX,[200H]

特點(diǎn)：

提供訪問主存的操作

獲得數(shù)據(jù)要訪問主存，指令執(zhí)行速度慢

地址字段的位數(shù)決定了訪存空間大小

4、間接尋址

地址碼字段給出的是操作數(shù)主存地址的地址

例 MOV AX,I[200H]

特點(diǎn)：

解決了直接尋址方式下地址字段的位數(shù)限制訪存范圍大小的問題

獲得數(shù)據(jù)要訪問主存2次，指令執(zhí)行速度太慢

5、寄存器間接尋址

地址碼給出的是寄存器編碼R

特點(diǎn)：

解決了直接尋址方式下地址字段的位數(shù)限制訪存范圍大小的問題

獲得數(shù)據(jù)只需訪問主存1次

6、相對尋址

操作數(shù)地址 + 當(dāng)前PC的值

指令所提供的相對地址是：本條指令的下條指令在內(nèi)存中的首地址為基準(zhǔn)位置的偏移量

特點(diǎn)：

可節(jié)省指令中的地址位數(shù)，便于程序在內(nèi)存中成塊移動

注意PC的改變對計(jì)算E的影響，計(jì)算機(jī)字長十六位則加2（16 / 8）

若計(jì)算機(jī)字長32位，且PC的值在取值階段修改，則讀完地址后，PC要加4，因?yàn)?2位占了四個(gè)字節(jié)

7、基址尋址

指定一個(gè)基址寄存器B，與本指令地址無關(guān)

E=D+（B)，D為指令中地址字段的值

例：MOV AX,32[B]

特點(diǎn)：

使用基址寄存器可以訪問更大的主存空間（基址寄存器可以設(shè)置成比通用寄存器還大的位數(shù)）

對某一程序而言，基址值設(shè)定后不變，故要訪問不同數(shù)據(jù)需修改D

8、變址尋址

指定一個(gè)變址寄存器X，與本指令地址無關(guān)，內(nèi)容可隨便要求改變

E=D+(X),D為指令中地址字段的值

MOV AX,32[SI] SI,DI都稱為變址寄存器

特點(diǎn)：

不改變指令即可改變數(shù)據(jù)的有效地址，可在循環(huán)中使用

在字符串處理，向量運(yùn)算等等成批數(shù)據(jù)處理中非常有用

9、數(shù)據(jù)尋址方式總結(jié)

尋址方式

六、指令格式設(shè)計(jì)

1、指令格式設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容

操作碼字段+尋址方式+地址碼字段

• 根據(jù)指令數(shù)量的要求及是否支持操作碼擴(kuò)展，確定操作碼字段的位數(shù)

• 根據(jù)對操作數(shù)的要求確定地址碼字段的個(gè)數(shù)

• 根據(jù)尋址方式的要求，為每個(gè)地址碼字段確定尋址方式字段位數(shù)。

• 確定采用定長指令還是變長指令

例子：指令格式設(shè)計(jì)

七、MIPS

MIPS指令概述
MIPS指令詳解

三種指令格式

• R型指令
• I型指令
• J型指令