计算机组成原理第9讲指令格式解析

(1) 三地址指令 Three- Address Instruction
格式： OPCODE A1
A2
A3
其中： OPCODE—操作码，果的存贮地址。
其操作表达式为：（A1）OP（A2）→A3
(2) 两地址指令 Two- Address Instruction 目的操作数
例如，CDC STAR-100的矩阵运算指令，其地址码部分有7个 地址字段，用以指出参加运算的两个矩阵及结果的存储情况。
操作码的编码
指令操作码通常有两种编码格式。 (1) 固定长度操作码 Fixed-Length Opcode 即操作码的长度固定，且集中放在指令字的一个字段中。 这种格式有利于简化硬件设计，减少指令译码时间。 若操作码长度为K位，则最多可有 2k 条不同指令。 (2) 可变长度操作码 Variable-Length Opcode 即操作码的长度可变，且分散地放在指令字的不同字段中。 这种格式能有效地压缩程序中操作码的平均长度。但将增加指 令译码和分析的难度，使控制器的设计复杂化。
(4) 零地址指令 Zero- Address Instruction
格式： OPCODE
指令中只有操作码，没有操作数，所以也称无操作数指令。 零地址格式的指令有两种情况：
① 无需任何操作数。如空操作指令，停机指令等。 ② 操作数的地址是隐含的。
(5) 多地址指令 某些计算机设置有一些功能很强的、用于实现成批数据处理 的指令。如字符串处理指令，向量、矩阵运算指令等。为了描述 一批数据，指令中需要多个地址来指出数据存放的首地址、长度 和下标等信息。
§5.2 指令格式 Instruction Formats
指示计算机完成某一特定操作的最基本的命令称为计算机的 “指令”Instruction。
指令是计算机硬件能直接识别并执行的命令，是用机器语言 编写程序的基础工具。
一条指令能完成某种基本操作，一台计算机有几十条到几百 条不同的指令。
一台计算机的指令格式及其所有指令的集合称为该计算机的 指令系统。
计算机组成原理
Principles of Computer Organization
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第5章 指 令 系 统
Chapter 5 Instruction Sets
指令格式 Instruction Formats 寻址方式 Addressing modes 指令系统的设计方法
指令的基本格式：
操作码
地址码
指令操作码的长度（二进制位数）决定了指令系统中完成不 同操作的指令条数。
指令中的地址码字段用来指出参与操作的操作数的地址，地 址码的位数决定能够直接访问的存储空间范围。
指令的地址结构
地址结构是指在指令中给出几个地址。
根据地址码中所给出的地址个数，可有几种不同的指令格式：
A2
A3
【例1】 某计算机的字长为16位，欲设计的指令系统有零地址指 令16条，一地址指令15条，两地址指令15条及三地址指令15条， 设每个地址码字段为4位，应如何设计?
【例1】 某计算机的字长为16位，欲设计的指令系统有零地址 指令16条，一地址指令15条，两地址指令15条及三地址指令15条， 设每个地址码字段为4位，应如何设计?
例如，加1、减1、求反、(移位)等都是单操作数指令。
二是参与操作的有两个操作数，其中一个是隐含的。
例如，一些对两个操作数进行算术逻辑运算的指令也采用这 种格式。此时，另一个操作数（目的操作数）隐含在累加器中， 指令执行后目的操作数为操作结果取代。
又如，堆栈操作指令也是有2个操作数的一地址指令，在指 令中给出了一个操作数地址，另一个操作数隐含在栈顶。
一是表示该指令要完成的操作，每种操作都用一个二进制形 式的代码表示，称为操作码（Operation Code)，操作码一般位于 指令字的前部。
二是描述操作数或下条指令的地址，称为地址码 (Address Code)。
指令格式 Instruction Formats
指令是用来表示控制信息的一组二进制形式的代码，它应包 含与自动进行某个基本信息处理操作有关的内容。
指令系统表征着计算机的基本功能，是程序设计者看到的机 器的主要属性和软、硬件的主要交界面。
指令系统的设计主要包括操作类型、操作内容和指令格式的 设计。
§5.2.1 指令的一般格式
计算机是通过执行指令来处理各种数据的，为了指出数据的来源、 操作结果的去向及所执行的操作，一条指令应包含下列信息：
(1) 操作的性质及功能。 (2) 操作数(Operands)的地址(Address)。 (3) 操作结果的地址。 (4) 下一条指令的地址。 以上信息可以归纳为两类：
RISC
An instruction set, or instruction set architecture (ISA), is the part of the computer architecture related to programming, including the native data types, instructions, registers, addressing modes, memory architecture, interrupt and exception handling, and external I/O.
格式：
OPCODE A1
A2
其操作表达式为：（A1）OP（A2）→A1
源操作数
(3) 一地址指令 One- Address Instruction
格式：
OPCODE
A
一地址指令常被称为“单操作数指令”，实际上它有两种情况。
一是参与操作的只有一个操作数，在对地址A所指定的操作 数执行OPCODE规定的操作后，产生的结果仍存回到该地址中。
例如，操作码扩展技术， 哈夫曼编码等。
§5.2.2 指令操作码的扩展技术
操作码扩展技术，在指令字中用一个固定长度的字段来表示 基本操作码，对于一部分不需要某个地址码的指令，把操作码扩 充到该地址字段。既能充分利用指令字的各个字段，又能在不增 加指令长度的情况下扩展操作码的长度，以表示更多的指令。
OPCODE A1