第四章 指令系统汇总
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数据传送、 转移等十几至几十条指令。 60年代后期：增加了乘除运算、浮点运算、
十进制运算、字符串处理等指令，指令数目多达 一二百条，寻址方式也趋多样化。
70年代末期：大多数计算机的指令系统多达 几百条。我们称这些计算机为复杂指令系统计算 机(CISC)。但是如此庞大的指令系统难以保证正 确性，不易调试维护，造成硬件资源浪费。为此 人们又提出了精简指令系统计算机（RISC）。
第四章 指令系统
第四章 指令系统
4.1 指令系统的发展与性能 4.2 指令格式 4.3 寻址方式 4.4 指令系统的要求与指令分类
4.1 指令系统的发展与性能
4.1.1指令系统的发展 1.指令的概念 指令是指挥计算机执行某种操作的命令 计算机的指令有以下三种分类 微指令：在CPU周期中，使计算机完成一定功能的 一组微命令 宏指令：由若干条机器指令组成的软件指令 机器指令（指令）：介于微指令与宏指令之间，每 条指令可完成一个独立的算术运算或逻辑运算。
操作码4位，最多可以设计16条三地址指令
例：一台计算机指令字长16位，操作码与地址码都
为4位
指令格式： 操作码OP
A1
A2
A3
优点：简化硬件设计，减少指令译码时间 缺点：操作个数少，指令系统功能简单
2.指令操作码扩展方法
2）OP码不定长 利用空闲未用的地址码段来扩展OP长度，这
样可以表示更多的指令 例：一台计算机指令字长16位，操作码与地址码都 为4位，需要设计三地址指令仅15条，二地址指令 仅15条，一地址指令仅15条，零地址指令需要16条， 共61条指令，应如何安排操作码？
一地址指令常称单操作数指令，指令中仅给出 一个操作数地址A，另一个操作数地址和目的操作 数地址均隐含（指定为累加器AC）
操作码OP
A1
数学形式： (ACC) OP (A1) → ACC
如：ADD R1
4.2 指令百度文库式
2.地址码 4）零地址指令格式 零地址指令的指令字中只有操作码，没有地址码
操作码OP
4.1.2指令系统的性能
指令系统的性能决定了计算机的基本功能，它 的设计直接关系到计算机的硬件结构和用户的需要。 一个完善的指令系统应满足如下四方面的要求： 完备性:要求指令系统丰富、功能齐全、使用方便 高效性:表现在程序占据存储空间小、执行速度快 规整性:指令系统的对称性、匀齐性、指令格式和数 据格式的一致性。 兼容性:做到“向上兼容”，即低档机上运行的软件 可以在高档机上运行。
1111 1111 0000 × × × ×
∫
一地址指令15条
1111 1111 1110 × × × ×
4.2 指令格式
1.操作码 操作码是指出该指令应执行什么性质的操
作和具有何种功能 1）每条指令都要求它的操作码必须是独一无 二的位组合。 2）指令系统中指令的个数N与操作码的位数n， 必须满足关系式：N≤2n
4.2 指令格式
2.地址码 地址码是指出操作数所在的存储器地址或寄存
器地址 根据指令中的操作数地址码的数目不同，可分
4.1.3 计算机语言与硬件结构的关系
高级语言：与硬件结构无关
计算机语言
机器语言：与硬件结构最密切
低级语言
汇编语言：相对密切
解释
高级语言
机器语言
编译
运行
4.2 指令格式
计算机的指令格式与机器的字长、存储 器的容量及指令的功能密切相关。 4.2.1 指令操作码和地址码 指令格式： 操作码字段OP 地址码字段ADDR
为零地址指令、一地址指令、二地址指令、三地址 指令、多地址指令等多种格式。
4.2 指令格式
2.地址码 1）三地址指令格式
三地址指令字中有二个源操作数地址A1，A2和 一个目的操作数地址A3
操作码OP
A1
A2
A3
数学形式： (A1) OP (A2) → A3 如：ADD R1, R2, R3
4.2 指令格式
4.2.2指令字长度与扩展方法
1.指令字长度 1）指令长度的关联因素
OP的长度 ADDR的长度，个数 2）指令字长度的取法 等长：在一个指令系统中，各种指令字长度固 定相等的 不等长：个指令系统中，各种指令字长度随指 令功能而异
2.指令操作码扩展方法
操作码长度为m位，则最多有2m 条不同的指令
1）OP码定长
4.2.2指令字长度与扩展方法
1.指令字长度 指令字长度:一个指令字中包含二进制代码的位数。 机器字长:指计算机能直接处理的二进制数据的位 数，它决定了计算机的运算精度。 单字长指令:指令字长度等于机器字长度的指令， 半字长指令:指令字长度等于半个机器字长度的指令 双字长指令:指令字长度等于两个机器字长度的指令
2.地址码
2）二地址指令格式
二地址指令常称双操作数指令，指令中给出两
个地址码字段A1和A2，分别指明参与操作的两个数
在内存中或运算器通用寄存器的地址，其中地址A1
兼作存放操作结果的地址。
操作码OP
A1
A2
数学形式：
(A1) OP (A2) → A1
如：ADD R1, R2
4.2 指令格式
2.地址码 3）一地址指令格式
显然，4位的操作码有16种组合，如果全部用于表示三地址
指令，只有16条，这里要表示61条指令，所以要对操作码进行扩
展（向地址码字段扩展）
0000 × × ×….. ×
∫
三地址指令15条
1110 × × ×….. ×
1111 0000 × ×….. ×
∫
二地址指令15条
1111 1110 × ×….. ×
这种指令有两种可能： 无需任何操作数。如空操作指令，停机指令等。 所需的操作数是默认的：堆栈。 5）多地址指令格式
如：字符串处理指令，指令中需要多个地址来 指出首地址，长度，下标等信息
4.2 指令格式
按操作数的物理位置来划分，指令格式主要有 三种类型 ① （SS）型指令: 存储器－存储器型指令 ② （RR）型指令: 寄存器－寄存器型指令 ③ （RS）型指令: 寄存器－存储器型指令
4.1 指令系统的发展与性能
2.指令系统 指令系统：一台计算机中所有机器指令的集
合,它是表征一台计算机性能的重要因素，其格式 与功能不仅直接影响到机器的硬件结构，也直接 影响到系统软件，影响到机器的适用范围。
4.1 指令系统的发展与性能
3.指令的发展史 50年代：指令系统只有定点加减、逻辑运算、
十进制运算、字符串处理等指令，指令数目多达 一二百条，寻址方式也趋多样化。
70年代末期：大多数计算机的指令系统多达 几百条。我们称这些计算机为复杂指令系统计算 机(CISC)。但是如此庞大的指令系统难以保证正 确性，不易调试维护，造成硬件资源浪费。为此 人们又提出了精简指令系统计算机（RISC）。
第四章 指令系统
第四章 指令系统
4.1 指令系统的发展与性能 4.2 指令格式 4.3 寻址方式 4.4 指令系统的要求与指令分类
4.1 指令系统的发展与性能
4.1.1指令系统的发展 1.指令的概念 指令是指挥计算机执行某种操作的命令 计算机的指令有以下三种分类 微指令：在CPU周期中，使计算机完成一定功能的 一组微命令 宏指令：由若干条机器指令组成的软件指令 机器指令（指令）：介于微指令与宏指令之间，每 条指令可完成一个独立的算术运算或逻辑运算。
操作码4位，最多可以设计16条三地址指令
例：一台计算机指令字长16位，操作码与地址码都
为4位
指令格式： 操作码OP
A1
A2
A3
优点：简化硬件设计，减少指令译码时间 缺点：操作个数少，指令系统功能简单
2.指令操作码扩展方法
2）OP码不定长 利用空闲未用的地址码段来扩展OP长度，这
样可以表示更多的指令 例：一台计算机指令字长16位，操作码与地址码都 为4位，需要设计三地址指令仅15条，二地址指令 仅15条，一地址指令仅15条，零地址指令需要16条， 共61条指令，应如何安排操作码？
一地址指令常称单操作数指令，指令中仅给出 一个操作数地址A，另一个操作数地址和目的操作 数地址均隐含（指定为累加器AC）
操作码OP
A1
数学形式： (ACC) OP (A1) → ACC
如：ADD R1
4.2 指令百度文库式
2.地址码 4）零地址指令格式 零地址指令的指令字中只有操作码，没有地址码
操作码OP
4.1.2指令系统的性能
指令系统的性能决定了计算机的基本功能，它 的设计直接关系到计算机的硬件结构和用户的需要。 一个完善的指令系统应满足如下四方面的要求： 完备性:要求指令系统丰富、功能齐全、使用方便 高效性:表现在程序占据存储空间小、执行速度快 规整性:指令系统的对称性、匀齐性、指令格式和数 据格式的一致性。 兼容性:做到“向上兼容”，即低档机上运行的软件 可以在高档机上运行。
1111 1111 0000 × × × ×
∫
一地址指令15条
1111 1111 1110 × × × ×
4.2 指令格式
1.操作码 操作码是指出该指令应执行什么性质的操
作和具有何种功能 1）每条指令都要求它的操作码必须是独一无 二的位组合。 2）指令系统中指令的个数N与操作码的位数n， 必须满足关系式：N≤2n
4.2 指令格式
2.地址码 地址码是指出操作数所在的存储器地址或寄存
器地址 根据指令中的操作数地址码的数目不同，可分
4.1.3 计算机语言与硬件结构的关系
高级语言：与硬件结构无关
计算机语言
机器语言：与硬件结构最密切
低级语言
汇编语言：相对密切
解释
高级语言
机器语言
编译
运行
4.2 指令格式
计算机的指令格式与机器的字长、存储 器的容量及指令的功能密切相关。 4.2.1 指令操作码和地址码 指令格式： 操作码字段OP 地址码字段ADDR
为零地址指令、一地址指令、二地址指令、三地址 指令、多地址指令等多种格式。
4.2 指令格式
2.地址码 1）三地址指令格式
三地址指令字中有二个源操作数地址A1，A2和 一个目的操作数地址A3
操作码OP
A1
A2
A3
数学形式： (A1) OP (A2) → A3 如：ADD R1, R2, R3
4.2 指令格式
4.2.2指令字长度与扩展方法
1.指令字长度 1）指令长度的关联因素
OP的长度 ADDR的长度，个数 2）指令字长度的取法 等长：在一个指令系统中，各种指令字长度固 定相等的 不等长：个指令系统中，各种指令字长度随指 令功能而异
2.指令操作码扩展方法
操作码长度为m位，则最多有2m 条不同的指令
1）OP码定长
4.2.2指令字长度与扩展方法
1.指令字长度 指令字长度:一个指令字中包含二进制代码的位数。 机器字长:指计算机能直接处理的二进制数据的位 数，它决定了计算机的运算精度。 单字长指令:指令字长度等于机器字长度的指令， 半字长指令:指令字长度等于半个机器字长度的指令 双字长指令:指令字长度等于两个机器字长度的指令
2.地址码
2）二地址指令格式
二地址指令常称双操作数指令，指令中给出两
个地址码字段A1和A2，分别指明参与操作的两个数
在内存中或运算器通用寄存器的地址，其中地址A1
兼作存放操作结果的地址。
操作码OP
A1
A2
数学形式：
(A1) OP (A2) → A1
如：ADD R1, R2
4.2 指令格式
2.地址码 3）一地址指令格式
显然，4位的操作码有16种组合，如果全部用于表示三地址
指令，只有16条，这里要表示61条指令，所以要对操作码进行扩
展（向地址码字段扩展）
0000 × × ×….. ×
∫
三地址指令15条
1110 × × ×….. ×
1111 0000 × ×….. ×
∫
二地址指令15条
1111 1110 × ×….. ×
这种指令有两种可能： 无需任何操作数。如空操作指令，停机指令等。 所需的操作数是默认的：堆栈。 5）多地址指令格式
如：字符串处理指令，指令中需要多个地址来 指出首地址，长度，下标等信息
4.2 指令格式
按操作数的物理位置来划分，指令格式主要有 三种类型 ① （SS）型指令: 存储器－存储器型指令 ② （RR）型指令: 寄存器－寄存器型指令 ③ （RS）型指令: 寄存器－存储器型指令
4.1 指令系统的发展与性能
2.指令系统 指令系统：一台计算机中所有机器指令的集
合,它是表征一台计算机性能的重要因素，其格式 与功能不仅直接影响到机器的硬件结构，也直接 影响到系统软件，影响到机器的适用范围。
4.1 指令系统的发展与性能
3.指令的发展史 50年代：指令系统只有定点加减、逻辑运算、