指 令 系 统

计算机组成原理 指令系统
高级语言与计算机的硬件结构及指令系统 无关，这是优点也是缺点。
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2、指令格式 2.1、操作码和操作数 机器指令是一串二进制码，分成两部分：
操作码部分和操作数部分,
操作码部分
操作数部分
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假若某条机器指令的操作码部分是001，我 们说该指令系统操作码的位数是3位(每条机 器指令的操作码位数是相同的)，最多只有8 条机器指令。如果指令系统有32条指令，就 要有5位操作码，如果指令系统有100条指令， 就要7位操作码(一个包含n位的操作码，最 多能够表示2**n 条指令)
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60年代后期出现系列计算机。指令系统相 同，硬件体系结构相同，它有多种型号机， 但软件兼容。 70年代未期出现复杂指令系统计算机CISC 和精简指令系统计算机RISC。
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1.2、对指令系统性能的要求 指令系统的设计是计算机硬件系统设计的核心。 完备性（多不多？？？） 最基本的指令往往不多，许多指令可用基本指令
计算机组成原理
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1、指令系统的发展 1.1、什么是指令和指令系统 指令即机器语言指令，用一串二进制代码
表示。 机器语言程序是由机器指令组成的，每一
条机器指令可完成一个独立的算术运算 或逻辑运算。
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一台计算机中所有机器指令的集合，称 这台计算机的指令系统。 指令系统跟计算机有关，其格式和功能 直接影响计算机的硬件，也影响计算机 的软件。
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一条指令只有一个操作码，但可以没有操 作数(操作数也称为地址码)，也可以有 一个或一个以上的操作数。
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无操
操作码
作数
指令
操作码
A1
双操
操作码 A1
A2
作数
指令
操作码 A1 A2 …
An
单操 作数 指令
多操 作数 指令
图4.2 指令格式的分类
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零地址指令较少，例如停机指令就 不需要操作数。
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一地址指令中，通常，运算器中的累加器是 另一个操作数，操作结果放在累加器中。
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操作数可以在内存单元中（用S表示），也 可以在寄存器中（用R表示）。 在二地址指令中，操作数有存储器-存储器 (SS)、寄存器-寄存器(RR)、寄存器-存储器 (RS)型三种，当然，RR型指令执行速度最 快。
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2.2、指令字长度 一条二进制指令(也称为指令字)中包含的二
进制代码的位数，称为指令字长度。指令 字长度等于机器字长度的指令，称为单字 长指令，指令字长度等于两个机器字长度 的指令，称为双字长指令(机器字长是计 算机直接处理的二进制数据的位数)。
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指令系统中，如果所有指令的长度是相等 的，称为等长指令字结构，否则就称为变 长指令结构。
编程来实现(如浮点运算指令，还可用硬件浮 点运算处理器来实现）。
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•有效性（快不快？？？） 编的程序能高效地运行，速度快，占用 内存少。
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规整性（好用吗？？？） 对称性，一致性。指令长度和数据长度是 字节长度的倍数，所有指令都可使用各种 寻址方式，每种操作性质的指令可支持各 种数据类型等等。
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CPU能直接识别处理二进制的机器指令， 不能识别处理指令助记符，需要借助于 软件汇编语言处理程序来把它转换成二 进制的机器语言。

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2.4、指令格式举例
指令格式如下所示，其中OP为操作码，试分析 指令格式的特点。
15 9
7
43
0
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（1）单字长二地址指令 （2）操作码7位，最多可有128条指令 （3）两个操作数都是寄存器，RR型指令，源 寄存器和目和寄存器共有16个通用寄存器。
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课堂练习： 指令格式如下所示，其中OP 为操作码，试分析指令格式的特点。
15 11 10
87
43
0
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（1）双字长二地址指令 （2）操作码OP为6位，可以指定64种操作 （3）一个操作数在源寄存器(共16个)，另 一个操作数在存储器中(由变址寄存器和位 移量决定)，是RS型指令。
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2.3、指令助记符 机器指令是一串二进制码，用它来书写程
序很麻烦，习惯上，我们用指令助记符 即汇编语言来书写程序。
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例如一条二进制的机器指令: 0 110 000 010 000 001
用指令助记符表示为: ADD 2,1
ADD表示加法运算，和英语习惯一致，表 示2号寄存器的内容加上1号寄存器的内 容，结果放在1号寄存器中。
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兼容性（兼容吗？？？） 系列机具有相同的基本指令集，软件向上 兼容，低档机上运行的软件可以在高档机 上运行。
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1.3、低级语言与硬件结构的关系 低级语言包括机器语言和汇编语言，它
们依赖于指令系统和计算机硬件结构， 虽然系列机有相同的基本指令集，软 件向上兼容，但用低级语言编写的程 序不能在不同系列的机器上运行。