指令系统 —— 指令格式
一、指令的定义
指令是指示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机的指令系统,也称指令集。
指令的长度是指一条指令中所包含的二进制代码的位数,因为主存一般是按字节编址的,所以指令的长度一般为字节的整数倍
指令长度与机器字长没有固定的关系,它可以等于机器字长,也可以大于或小于机器字长。根据指令长度与机器长度的大小关系,可以把指令分为
- 单字长指令
- 半字长指令
- 双字长指令
根据指令的长度是否固定,可以把指令分为
- 定长指令字结构
- 变长指令字结构
根据操作码的长度是否固定,可以把指令分为
- 定长操作码:n位,可以包含2^n条指令
- 扩展操作码:操作码长度可变
二、指令的基本格式
(1)指令分类
(2)示例
为了增加指令操作数的直接寻址范围,我们可以对四地址指令进行优化,将下一个指令的地址按顺序存放在程序计数器 PC 中
三、定常操作码指令格式
定常操作码指令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。一般用 n 位操作码字段的指令系统最大能表示 2^n 条指令
优点: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;
缺点: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。
四、扩展操作码指令格式
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。在设计扩展操作码指令格式时,必须注意以下两点:
- 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,否则无法区分不同长度的操作码。
- 各指令的操作码一定不能重复。
优点:在指令字长有限的前提下仍保持比较丰富的指令种类
缺点:增加了指令译码和分析的难度,使控制器的设计复杂化。
通常情况下,对使用频率较高的指令,分配较短的操作码;对使用频率较低的指令,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。
示例1:
4 位基本操作码如果全部用于三地址指令,则有16条。但至少需要将1111留作扩展操作码来用,即三地址指令为15条。
1111 1111留作扩展操作码来用,即二地址指令为15条。
1111 1111 1111留作扩展操作码来用,即一地址指令为15条。
零地址指令为16条
故扩展操作码指令格式共可以表示 15+15+15+16=61 条指令
示例2:
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