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指令格式

按指令数目分类：

零地址指令

一地址指令

二地址指令

三地址指令

四地址指令

按指令长度分类：

指令字长

机器字长

存储字长

按操作码的长度分类

定长操作码

可变长操作码

定长指令字结构+可变长操作码------>拓展操作码指令格式

按操作类型分类

数据传送（数据传输类）

算数逻辑操作（运算类）

移位操作（运算类）

转移操作（程序控制类）

输入输出操作（输入输出类I/O）

拓展操作码

拓展操作码举例

定长操作码与拓展操作码

指令寻址

指令格式

何为指令？（指令定义）

指令：指令又称为机器指令，是指计算机执行某种操作的命令，是计算机运行的最小功能单位。一台计算机的所有指令的集合构成该计算机的指令系统，也成指令集。（一台计算机只能执行自己的指令系统，不能执行其他系统的指令）

比如说x86架构和ARM架构，目前的Intel电脑芯片基本上都是支持x86架构的，而手机芯片一般是使用ARM架构，因此在手机上的app不能够直接在电脑上运行。因为两个不同的架构所拥有的指令系统是不一样的。

• • 一条指令就是及其语言的一个子句，它是一组有意义的二进制代码。
  • 一条指令通常要包括操作码字段和地址码字段两个部分。
  • 根据一条指令可能包含几个地址码数目的不同，可将指令的分为零地址指令、一地址指令、二地址指令...

按指令数目分类：

零地址指令

1. 不需要操作数，如空操作、停机、关中断等指令
2. 堆栈计算机：两个操作数隐含存放在栈顶和次栈顶，计算结果压回栈顶。（后缀表达式）

一地址指令

1. 只需要简单操作数，如加1、减1、取反、求补等

指令含义：OP(A1)--->A1 A1为某个主存地址

完成一条指令需要3次访存：取指--->读A1--->写A1

1. 需要两个操作数，但其中一个操作数隐含在某个寄存器（如隐含在ACC）

指令含义：(ACC)OP(A1)--->ACC

完成一条指令需要2次访存：取指--->读A1（存结果到寄存器中不需要执行，因此两次就可以了）

二地址指令

常用于两个操作数的算数运算、逻辑运算相关指令

指令含义：(A1)OP(A2)--->A1

完成一条指令需要访存4次：取指--->读A1--->读A2--->写A1

三地址指令

常用于需要两个操作数的运算符、逻辑运算相关指令

指令含义：(A1)OP(A2)--->A3

完成一条指令需要访存4次：取指--->读A1--->读A2--->写A3

四地址指令

指令含义：(A1)OP(A2)--->A3 ，A4=下一条将要执行指令的地址

完成一条指令需要访存4次：取指--->读A1--->读A2--->写A3

按指令长度分类：

指令字长会影响取指令所需时间。如：机器字长=存储字长=16bit，则读取一条双字长指令需要两次访存

定长指令字结构：指令系统中所有指令的长度都相等

变长指令子结构：指令系统中各种指令的长度不等

指令字长

一条指令的总长度（可能会改变）

机器字长

CPU进行一次整数运算所能处理的二进制数据的位数（通常和ALU直接相关）

存储字长

一个存储单元中的二进制代码位数（通常和MDR位数相同）

按操作码的长度分类

定长操作码

指令系统中所有指令的操作码长度相同

n位-->条指令

控制器的译码电路设计简单，但灵活性较低

可变长操作码

指令系统中各指令的操作码长度可变

控制器的译码电路设计复杂，但灵活性较高

定长指令字结构+可变长操作码------>拓展操作码指令格式

按操作类型分类

数据传送类:进行主存与CPU之间的数据传送

程序控制类:改变程序执行的顺序

算数类:实现了各种运算，算数、逻辑、移位

输入输出类(I/0) :进行CPU和I/0设备之间的数据传送

数据传送（数据传输类）

LOAD作用：把存储器中的数据放到寄存器中去。

STORE作用：把寄存器中的数据放到存储器中去。

算数逻辑操作（运算类）

算术:加、减、乘、除、增1、减1、求补、浮点运算、十进制运算

逻辑:与、或、非、异或、位操作、位测试、位清除、位求反

移位操作（运算类）

算术移位、逻辑移位、循环移位(带进位和不带进位)

转移操作（程序控制类）

无条件转移JMP

条件转移 JZ:结果为0 ；

JO: 结果溢出；

JC:结果有进位。

调用和返回CALL和RETURN

陷阱(Trap)与陷阱指令

输入输出操作（输入输出类I/O）

CPU寄存器与I0端口之间的数据传送(端口即I0接口中的寄存器)

拓展操作码

每个指令字长是16位，每个地址码占4位

4位基本操作码若全部用于三地址指令，则有16条。

但至少须将1111留作扩展操作码之用，即三地址指令为15条;

（留下1111拓展码的作用是为了让计算机在识别前4位为1111时能够知道这是一条二地址码，而不是一条三地址码。）

1111 1111留作扩展操作码之用，二地址指令为15条;

1111 1111 1111留作扩展操作码之用，一地址指令为15条;

零地址指令为16条;

在设计操作码指令格式时的注意点：

• 不允许短码是长码的前缀，即短操作码不能与长操作码的前面部分的代码相同；
• 各指令的操作码一定不能重复。

（这就是为什么留下1111为拓展码的原因了！）

通常情况下，对使用频率较高的指令，分配较短的操作码；对使用频率较高的指令，分配较长的操作码，从而尽可能减少指令译码和分析的时间。

拓展操作码举例

定长操作码与拓展操作码

定长操作码：在指令字的最高位部分分配固定的若干位(定长)表示操作码；

• 一般n位 操作码字段的指令系统最大能够表示条指令。.
• 优:定长操作码对于简化计算机硬件设计，提高指令译码和识别速度很有利;
• 缺:指令数量增加时会占用更多固定位，留给表示操作数地址的位数受限。

拓展操作码(不定长操作码):全部指令的操作码字段的位数不固定，且分散地放在指令字的不同位置上。

• 最常见的变长操作码方法是扩展操作码，使操作码的长度随地址码的减少而增加，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。
• 优:在指令字长有限的前提下仍保持比较丰富的指令种类;
• 缺:增加了指令译码和分析的难度，使控制器的设计复杂化。

指令寻址