计算机组成原理之指令系统的基本概念、指令格式
1、计算机组成原理之指令系统的基本概念
计算机组成原理之指令系统的基本概念主要包括以下几点:
指令与指令系统:指令是计算机执行某种操作的命令,而指令系统是计算机所具有的全部机器指令的集合,它反映了计算机所拥有的基本功能。指令系统是计算机硬件的语言系统,也称为机器语言,是软件和硬件的主要交界面。
指令系统的功能:指令系统位于软件的最低级界面和硬件的最高级界面,是计算机硬件设计者和软件设计者之间沟通的桥梁。指令系统决定了机器硬件所具有的能力,同时也影响软件的结构、复杂度和性能。
指令的格式:一条指令通常包含操作码和地址码两部分。操作码指明了指令的操作性质和功能,而地址码则给出了操作数的地址。
指令的分类:
按地址码数目分类,如三地址指令、二地址指令、一地址指令和零地址指令等。
按指令长度分类,如单字长指令、半字长指令和双字长指令等。
CISC与RISC:指令系统经历了从复杂指令系统计算机(CISC)到精简指令系统计算机(RISC)的演变。CISC指令系统复杂,指令数量多,而RISC则优先选取使用频率较高的简单指令,指令长度固定,指令格式种类少。
综上所述,指令系统是计算机组成原理中的核心概念,它涉及指令的格式、分类以及CISC与RISC两种不同的设计理念。
2、计算机组成原理之指令格式
指令格式是指在计算机的机器语言层面,用于结构化和表示一条指令的方法,这是CPU能够直接理解和执行的一系列二进制代码。以下是关于计算机组成原理中指令格式的详细介绍:
定义:指令格式定义了指令的各个部分,以及这些部分如何组合在一起形成完整的指令。
组成部分:
操作码(Opcode):指令的一部分,告诉CPU要执行什么类型的操作,如加法、减法、移动数据等。操作码通常位于指令的开始位置,是识别指令类型的首要信息。
地址码:描述了操作数的来源,即指令需要知道在哪里找到操作数,或者结果应该存储在哪里。常见的寻址模式包括立即寻址、直接寻址、间接寻址、寄存器寻址等。
操作数(Operands):参与计算的数据,指令可能需要一个或多个操作数,具体取决于指令的类型。操作数可以是立即数(直接在指令中给出的数值)、寄存器中的值、内存中的值等。
寄存器(Registers):CPU内部的小型高速存储单元,用于临时存储数据或指令。许多指令格式允许直接使用寄存器作为操作数或地址源。
控制位(Control Bits):一些指令可能包含额外的控制位,用于修改指令的行为,例如设置条件码、确定是否更新标志寄存器等。
分类:
根据地址码数目: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。
根据指令长度:固定长度指令、可变长度指令、混合长度指令。
根据操作码的长度:定长操作码、可变长操作码。
根据操作类型:如数据传送类(LOAD、STORE等)、算术逻辑操作类(加、减、乘、除等)、移位操作类、输入输出操作类等。
其他概念:
扩展操作码:为了在指令字长有限的前提下仍保持比较丰富的指令种类,可采取可变长度操作码,即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。
指令的寻址方式:寻找指令或操作数有效地址的方式,分为指令寻址和数据寻址两大类,数据寻址又包含多种具体的方式,如隐含寻址、立即寻址、直接寻址、间接寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址、相对寻址、基址寻址、变址寻址和堆栈寻址等。
综上所述,指令格式是计算机组成原理中的重要概念,它定义了指令的结构和组成部分,以及指令如何被CPU解析和执行。