4.1指令的基本格式

11 操作码格式
指令的操作码OP表示该指令应进行什么性 质的操作，如进行加、减、乘、除、取数、 存数等等。 组成操作码字段的位数一般取决于计算机 指令系统的规模。
固定长度
优点：指令规整，译码简单 缺点：信息的冗余极大，使程序的总长度增加
可变长度
11 操作码格式
（1）定长操作码 定长操作码一般用于指令字较长的指令。 定长操作码一般用于指令字较长的指令。 让操作码的长度固定且集中地放在指令字 的一个字段中。 的一个字段中。 若操作码固定为k位，它所能表示的操作 若操作码固定为 最多是2k个。
R1 R2 R3 R4 运 算 ALU 器 指令 指针 寄存器 址 寄存 器
数据暂存器 指令寄存器 指令译码器
标 志 寄存器
控制电路
1 CPU
（3）CPU的工作流程 例如：计算 例如：计算4+5的值 的值
1. 要 处 理 的 数 据 从 RAM中取出 中取出， RAM 中取出 ， 放到寄 存器中 数据 结果 4. 结 果 送 回 RAM
2 指令
例如，让计算机计算一个梯形的面积， 例如，让计算机计算一个梯形的面积，操 作步骤如下： 作步骤如下：
输入上底的值a; 5 输入下底的值b; 条 程序 输入高的值h; 计算梯形的面积s=(a+b)/2; 把s的值显示在屏幕上。 指 令
2 指令
（1）指令是计算机能够识别和执行的操 作命令。 （2）在指令执行过程中，要求每个部件 所完成的基本操作称为微操作。 （3）能够完成一定处理任务的指令序列 就是计算机程序。
9 零地址指令
OP
功能描述： •不需要操作数的指令，如停机、空操作、清除等 •所需操作数是隐含指定的 对累加器AC内容进行操作 对堆栈内容进行操作
操作码(OP)与地址码(AC): 指令系统中每一条指令对应一个操作码; 操作码的位数取决于指令系统的规模; 地址码包括被操作数，操作数，操作结果
10 指令长度
第4章 指令系统
4.1指令的基本格式
1 CPU
（1）CPU是计算机的心脏，用来实现程 CPU是计算机的心脏 是计算机的心脏， 序控制功能（ 序控制功能（自动从内存中读入指令和自 PC 动执行指令） 动执行指令） 寄存器组 地 （2）CPU内部结构 ） 内部结构
CPU 运 器、控 器、 器组 器组 ； 干个 CPU 还 干个 器， 寄 器， 来 等 待处 数据；
2 指令
1) 由0和1组成的二进制码。 组成的二进制码。 和 组成的二进制码 2) 能为计算机识别并执行。 能为计算机识别并执行。 3) 依赖于某一类型的机器。 不同类型的 依赖于某一类型的机器。 CPU都有自己特有的、一定数量的基本指 都有自己特有的、 都有自己特有的 令。
3 指令系统
（1）一台计算机或一个计算机系统能够 ） 执行的各种指令的集合，称为计算机的指 执行的各种指令的集合，称为计算机的指 令系统。 令系统。 （2）指令系统特性 ）
指令长度与速度
从单条指令的角度:长度越长 从单条指令的角度 长度越长, 读出该指令所花的时间越长 长度越长 从系统的角度:指令长度仅是影响速度的因素之一。系统速度与硬 从系统的角度 指令长度仅是影响速度的因素之一。 指令长度仅是影响速度的因素之一 件复杂性、软件的长度、编译程序等若干因素有关。 件复杂性、软件的长度、编译程序等若干因素有关。
原地不停跳转实现 停机效果
CPU实际上无 实际上无 停机命令
2. 控 制 器 发 出 信号，指明要 进行的操作
寄存器4 寄存器4
寄存器5 寄存器5
控制单元
加 累加器9 累加器9
运算器执行操作， 3. 运算器执行操作，将结果存 放到累加器中 CPU的运算过程 图1-32 CPU的运算过程
2 指令
电脑每做的一次动作，一个步骤， 电脑每做的一次动作，一个步骤，都是按 照已经用计算机语言编好的程序来执行的。 计算机语言编好的程序来执行的 照已经用计算机语言编好的程序来执行的。 程序是计算机要执行的指令的集合。 程序是计算机要执行的指令的集合。 指令的集合 什么是指令？ 什么是指令？
1) 完备性 完备性：指令丰富，功能齐全，使用方便。 2) 有效性 有效性：程序占空间小，执行速度快。 规整性：对称性、匀齐性，指令和数据格式的一 3) 规整性 致性。 4) 兼容性 兼容性：系列机软件向上兼容
3 指令系统
复杂指令系统计算机，简称CISC。但 是如此庞大的指令系统不但使计算机的 研制周期变长，难以保证正确性，不易 调试维护，而且由于采用了大量使用频 率很低的复杂指令而造成硬件资源浪费。 精简指令系统计算机：简称RISC，人 们又提出了便于VLSI技术实现的精简指 令系统计算机。
11 操作码格式
（2）扩展操作码 操作码的长度可变，且分散地放在不同的 字段中。
0000 X ... ... ... ... ... ... Y ... ... ... Z ... Z Z ... ...
二地址指令 15条 一地址指令 15条 三地址指令 15条
1110 X Y 1111 0000 Y
1111 1110 Y Z 1111 1111 0000 Z
扩 标 码
1111 1111 1110 Z 1111 1111 1111 0000 零地址指令 1111 1111 1111 1111 16条 ... ... ... ...
拓展
指令举例：
地址
00000000 00000001 00000010 00000011 00000100 00000101
PC： 计数器 PC： 计数器， 条 ， 有三地址指令 条
....
当 执 ，PC 值 动递 Ai 。
....
7 二地址指令
OP Ad1 Ad2
ADD (A1), (A2); (Ad1)OP(Ad2) (Ad1) (PC)+1→PC
8 一地址指令
OP Ad
功能描述： •只有目的操作数的单操作数指令，如 “+1”、“-1”、“求反” OP（A1）—> A1；（PC）+ 1 —> PC •隐含约定目的地的双操作数指令 （AC）OP（A1）—> AC； （PC）+ 1 —> PC
OP
Ad1 目的地址
Ad2 源地址
(Ad1)OP(Ad2)
(Ad1)
OP
Ad
(AC)OP(Ad)
AC
OP
如停机,空操作 堆栈指令 如停机 空操作,堆栈指令 空操作
6 三地址指令
OP Ad1 Ad2 Ad3
操作数地址
结果地址
例：实现以下操作： 实现以下操作： 存储器 (Ad1)OP(Ad2) (Ad3) (A1)+(A2) (Ai) +1→PC data1 A1 (PC) + data2 A2 指令 ADD (A1), (A2), (Ai)
指令长度=操作码长度+地址码长度 指令长度与功能
长度越长, 表达的意义越多, 功能越强； 长度越长 表达的意义越多 功能越强； 长度越短, 则表达的意义越少, 功能越弱； 长度越短 则表达的意义越少 功能越弱；
指令长度与复杂性
长度越长, 表达的意义越多 硬件越复杂； 长度越长 表达的意义越多, 硬件越复杂； 长度越短, 则表达的意义越少, 硬件越简单； 长度越短 则表达的意义越少 硬件越简单；
4 指令格式
指令格式：用二进制代码表示指令的结 构形式。
操作码字段 地址码字段
操作码表示操作的性质和功能。 地址码表示指令操作的对象，地址码的 位数表示了直接访问的最大存储空间。
5 指令格式分类
三地址指令 二地址指令 一地址指令 零地址指令
OP
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(Ad1)OP(Ad2)
(Ad3)
操作码和操作数
01110100 MOVFra Baidu bibliotek
助记符
注释
A, #01010101B ;A = 01010101B
01010101 助记符，英文缩写，易记忆与理解 助记符，英文缩写， 11110101 10010000 10000000 11111110 SJMP 0004H ;停机命令 MOV P1,A ;P1 = A