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。