指令系统

柔情只为你懂 2023-07-04 11:20 39阅读 0赞

## 指令系统 ##

指令格式

指令和指令系统是计算机中最基本的概念。指令是指示计算机执行某些操作的命令，一台计算机的所有指令的集合构成该机器的**指令系统**，也称为**指令集。**

一条指令就是机器语言的一个语句，它是一组有意义的二进制数据，指令的基本格式是

操作码字段 地址码字段

**操作码**指明了指令的操作性质及功能，**地址码**则给出了操作数的地址

**指令长度**是指一条指令中所包含的二进制代码的位数，它取决于操作码字段的长度、操作数地址的个数及长度。

#### 寻址技术 ####

寻址指的是寻找操作数的地址或下一条将要执行的指令地址。

在计算机中需要编址的设备主要有CPU中通用寄存器、主存储器和输入输出设备3种。要对它们进行访问，必须先进行编址，就像一栋大楼给每个房间都标上唯一的号。

如果存储设备是CPU中通用寄存器，在指令中应给出寄存器编号；如果是主存的一个单元，应给出该主存单元的地址；如果是输入输出设备中的一个寄存器，指令中应给出设备编号或设备端口地址或设备映像地址。

目前常用的编址单位有字编址、字节编址和位编址。

字节编址是目前最普遍的编址方式，这是为了适应非数值应用的需要。字节编址方式使编址单位与信息基本单位相一致，这是它最大的优点。

寻址可以分为指令寻址和数据寻址。寻找下一条将要执行的指令地址称为指令寻址，寻找操作数的地址称为数据寻址。

指令寻址又可以细分为顺序寻址和跳跃寻址。

数据寻址方式是根据指令中的地址码字段寻找真实操作数地址的方式。

一般情况下，由于指令长度的限制，指令中的地址码不会很长，但是主存的容量却可能越来越大。这就导致一种情况就是地址码字段仅能直接访问主存的一小部分，而无法访问整个主存空间。

为了解决上述问题，把指令中地址码字段给出的地址称为**形式地址**，这个地址通常不能直接反问主存，形式地址经过某种运算而得到的能够直接访问主存的地址称为**有效地址**。

从形式地址生成有效地址的各种方式称为寻址方式。

1.  立即寻址
    
    1.  操作码字段后面的部分**不是操作数地址，而是操作数本身**
2.  寄存器寻址
    
    1.  地址码部分给出某一个通用寄存器的编号，这个指定寄存器中存放着操作数
3.  直接寻址
    
    1.  地址码部分给出的地址就只操作数的有效地址，即形式地址等于有效地址
4.  间接寻址
    
    1.  地址码部分不是操作数的地址，而是存放操作数地址的主存单元的地址，即操作数地址的地址
5.  寄存器间接寻址
6.  变址寻址
7.  基址寻址
8.  相对寻址
9.  页面寻址

#### 指令类型 ####

1.  数据传送类指令
    
    1.  一般传送指令
    2.  堆栈操作指令
    3.  数据交换指令
2.  运算类指令
    
    1.  算术运算类指令
    2.  逻辑运算类指令
    3.  移位类指令
3.  程序控制类指令
    
    1.  转移类指令
    2.  子程序调用指令
    3.  返回指令
4.  输入输出类指令
    
    1.  独立编址的IO
    2.  统一编址的IO

数据传送类指令时最基本的指令类型，主要用于实现寄存器与寄存器之间、寄存器与主存之间以及两个主存之间的数据传送

加法指令
    add dest，src
    
    add指令可以是字节操作数相加，也可以是字操作数
    
    adc dest，src
    带进位的加法指令
    结果还要加上进位标志cf的值
    
    加1指令
    inc dest
    inc指令主要用于某些计数器的计数和修改地址指针
    
    减法指令
    sub dest，src
    
    带借位的减法
    sbb dest，src
    再减去进位标志cf的值
    
    减1指令
    dec dest
    
    求负数的指令
    neg dest
    dest = 0 - dest
    
    位操作指令
    
    逻辑运算指令
    and
    or
    xor
    not
    
    测试指令
    test dest，src
    对标志位的影响与and指令相同，但运算的结果不送入目的操作数
    test指令主要用于测试某一操作数的一位或几位的状态
    
    移位/循环移位指令
    这一类指令共有8条，分为3类
    算术移位
    算术左移
    sal dest, count
    算术右移
    sar dest, count
    
    逻辑移位
    shl dest, count
    shr dest, count
    
    循环移位
    小循环
    rol dest, count
    ror dest, count
    
    大循环
    rcl dest, count
    rcr dest, count
    
    count用来决定移位/循环的次数，即确定移位的次数
    在执行移位时，根据指令的不同，每移位一次，最高位（左移）或最低位（右移）都要送到进位标志cf
    
    指令sal和sar当移位次为n时，其作用相当于乘以2的n次或除以2的n次，因此被叫做算术移位指令。
    为了保证其算术运算结果的正确性，移位后的结果不能发生溢出。
    
    处理器控制类指令
    
    标志位操作指令
    
    清除进位标志
    clc
    
    置1进位标志
    stc
    
    进位标志取反
    cmc
    
    清除方向标志
    cld
    置1方向标志
    std
    
    清除中断标志
    cli
    置1中断标志
    sti
    
    与外部事件同步的指令
    hlt 暂停指令
    wait 等待指令
    esc 外部协处理指令前缀
    lock 总线锁定指令
    空操作指令 nop
    执行一次nop占用cpu三个时钟周期，它不改变任何寄存器或存储单元内容，主要用于延时

reference: 计算机组成原理