软考计算机硬件知识,软考程序员考点计算机硬件基础知识之指令系统

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指令系统

指令系统是计算机硬件的语言系统，也叫机器语言，指机器所具有的全部指令的集合，它是软件和硬件的主要界面，反映了计算机所拥有的基本功能。从系统结构的角度看，它是系统程序员看到的计算机的主要属性。因此指令系统表征了计算机的基本功能决定了机器所要求的能力，也决定了指令的格式和机器的结构。设计指令系统就是要选择计算机系统中的一些基本操作(包括操作系统和高级语言中的)应由硬件实现还是由软件实现，选择某些复杂操作是由一条专用的指令实现,还是由一串基本指令实现,然后具体确定指令系统的指令格式、类型、操作以及对操作数的访问方式。

性能要求

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

指用汇编语言编写各种程序时，指令系统直接提供的指令足够使用，而不必用软件来实现。完备性要求指令系统丰富、功能齐全、使用方便。

有效性

是指利用该指令系统所编写的程序能够高效率地运行。高效率主要表现在程序占据存储空间小、执行速度快。

规整性

包括指令系统的对称性、匀齐性、指令格式和数据格式的一致性。对称性是指：在指令系统中所有的寄存器和存储器单元都可同等对待，所有的指令都可使用各种寻址方式；匀齐性是指：一种操作性质的指令可以支持各种数据类型；指令格式和数据格式的一致性是指：指令长度和数据长度有一定的关系，以方便处理和存取。

兼容性

至少要能做到“向上兼容”，即低档机上运行的软件可以在高档机上运行。

寻址方式

根据指令内容确定操作数地址的过程称为寻址。完善的寻址方式可为用户组织和使用数据提供方便。

①直接寻址：指令地址域中表示的是操作数地址。

②间接寻址：指令地址域中表示的是操作数地址的地址即指令地址码对应的存储单元所给出的是地址A，操作数据存放在地址A指示的主存单元内。有的计算机的指令可以多次间接寻址,如A指示的主存单元内存放的是另一地址B，而操作数据存放在B指示的主存单元内，称为多重间接寻址。

③立即寻址：指令地址域中表示的是操作数本身。

④变址寻址：指令地址域中表示的是变址寄存器号i和位移值D。将指定的变址寄存器内容E与位移值D相加,其和E+D为操作数地址。许多计算机具有双变址功能，即将两个变址寄存器内容与位移值相加，得操作数地址。变址寻址有利于数组操作和程序共用。同时，位移值长度可短于地址长度，因而指令长度可以缩短。

⑤相对寻址：指令地址域中表示的是位移值D。程序计数器内容(即本条指令的地址)K与位移值D相加，得操作数地址K+D。当程序在主存储器浮动时，相对寻址能保持原有程序功能。此外，还有自增寻址、自减寻址、组合寻址等寻址方式。寻址方式可由操作码确定，也可在地址域中设标志，指明寻址方式。

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