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【笔记】指令系统(一)

发布时间:2019-06-27 21:04 来源:未知 编辑:admin

  操作码用来指明该指令索要完成的操作,如加法、减法、传送、移位、转移等。通常,其位数反映了机器的操作种类,也即机器允许的指令条数。

  操作码的长度可以是固定的,也可以是变化的。前者将操作码集中放在指令字的一个字段内,如图所示。这种格式便于硬件设计,指令译码时间段,广泛用于字长较长的、大中型计算机和超级小型计算机以及RISC中。

  对于操作码长度不固定的指令,其操作码分散在指令字的不同字段中。这种格式可有效地压缩操作码的平均长度,在字长较短的微型计算机中被广泛采用。

  通常采用扩展操作码技术,使操作码的长度随地址数的减少而增加,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。

  在设计操作码不固定的指令系统时,应尽量考虑安排指令使用频度(即指令在程序中出现的概率)高的指令占用短的操作码,对使用频度低的指令可 占用较长的操作码,这样可以缩短经常使用的指令的译码时间。

  地址码用来指出该指令的源操作数的地址(一个或两个)、结果的地址以及下一条指令的地址。这里的“地址”可以是主存的地址,也可以是寄存器的地址,甚至可以是I/O设备的地址。

  如果地址字段均指示主存的地址,则完成一条四地址指令,共需访问4次存储器(取指令一次,取两个操作数两次,存放结果一次)。

  因为程序中大多数指令是按顺序执行的,而程序计数器PC既能存放当前欲执行指令的地址,又有计数功能,因此它能自动形成下一条指令的地址。这样,指令字中的第四地址字段A4role=presentation style=position: relative;>

  A4A4便可省去,即得三地址指令格式。

  机器在运行过程中,没有必要将每次运算结果都存入主存,中间结果可以暂存在CPU的寄存器(如ACC)中,这样又可省去一个地址字段A3role=presentation style=position: relative;>

  A3A3,从而得出二地址指令。

  如果将一个操作数的地址隐含在运算器的ACC中,则指令字中只需给出一个地址码,构成一地址指令。

  零地址指令在指令字中无地址码,例如,空操作(NOP)、停机(HLT)这类指令只有操作码。而子程序返回(RET)、中断返回(IRET)这类指令没有地址码,其操作数的地址隐含在堆栈指针SP中。

  用一些硬件资源(如PC、ACC)承担指令字中需指明的地址码,可在不改变指令字长的前提下,扩大指令操作数的直接寻址范围。此外,用PC、ACC等硬件代替指令字中的某些地址字段,还可缩短指令字长,并可减少访存次数。

  地址字段表示寄存器时,也可有三地址、二地址、一地址之分。它们的共同点是,在指令的执行阶段都不必访问存储器,直接访问寄存器,使机器运行速度得到提高(因为寄存器类型的指令只需在取值阶段访问一次存储器)。

  为了提高指令的运行速度和节省存储空间,通常尽可能把常用的指令(如数据传送指令、算逻运算指令等)设计成单字长或短字长格式的指令。通常指令字长取8的整数倍。

  数据传送包括寄存器与寄存器、寄存器与存储单元、存储单元与存储单元之间的传送。

  这类操作可实现算术运算和逻辑运算。有些机器还具有位操作功能,如位测试(测试指定位的值)、位清除(清除指定位)、位求反(对指定位求反)等。

  转移指令按其转移特征又可分为无条件转移、条件转移、跳转、过程调用与返回、陷阱等几种。

  条件转移是根据当前指令的执行结果来决定是否需要转移。若条件满足,则转移;若条件不满足,则继续按顺序执行。

  还有一种条件转移指令,SKP,它暗示其下一条指令将被跳过,从而隐含恶劣转移地址是SKP后的第二条指令。

  通常调用指令包括过程调用、系统调用、子程序调用。它可实现从一个程序转移到另一个程序的操作。

  调用指令(CALL)一般与返回指令(RETURN)配合使用。CALL用于从当前的程序位置转至子程序的入口;RETURN用于子程序执行后重新返回到原程序的断点。

  陷阱其实是一种意外事故的中断。一旦出现意外故障,计算机就发出陷阱信号,暂停当前程序的执行,转入故障处理程序进行相应的故障处理。

  计算机的陷阱指令一般不提供给用户直接使用,而作为隐指令(即指令系统中不提供的指令),在出现意外故障时,由CPU自动产生并执行。也有的机器设置供用户使用的陷阱指令或“访管”指令,利用它完成系统调用和程序请求。

  通常设有输入输出指令,它完成从外设中的寄存器读入一个数据到CPU的寄存器内,或将数据从CPU的寄存器输出至某外设的寄存器中。

  包括等待指令、停机指令、空操作指令、开中断指令、关中断指令、置条件码指令等。

  在多用户、多任务的计算机系统中,还设有特权指令,这类指令只用用于操作系统或其他系统软件,用户是不能使用的。在有些大型或巨型机中,还设有向量指令,可对整个向量或矩阵进行求和、求积运算。

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