计算机组成原理复习提纲五（指令系统）

1.掌握指令的一般格式以及指令字各字段的作用；掌握不同的地址格式对访存次数、寻址范围的影响。

2.熟练运用扩展操作码技术。

3.指令寻址方式（顺序寻址和跳跃寻址）

1. 顺序寻址

   顺序寻址可通过程序计数器 PC 加 1，自动形成下一条指令的地址。

   
   
2. 跳跃寻址

   跳跃寻址通过转移类指令实现

   
   

数据寻址

形式地址：指令中给出的地址

有效地址：操作数的真实地址

约定：指令字长=存储字长=机器字长

1. 立即寻址

   形式地址 A 就是操作数

   
   
   • 指令执行阶段不访存
   • A 的位数限制了立即数的范围
2. 直接寻址

   EA=A 有效地址由形式地址直接给出

   
   
   • 执行阶段访问一次存储器
   • A 的位数决定了该指令操作数的寻址范围
   • 操作数的地址不易修改（必须修改 A）
3. 隐含寻址

   操作数的地址隐含在操作码或寄存器中

   
   
   • 指令中少了一个地址字段，可缩短指令字长。
4. 间接寻址

   EA = (A) 有效地址有形式地址间接提供

   
   
   • 执行指令阶段 2 次访存
   • 可扩大寻址范围
   • 便于编制程序
5. 寄存器寻址

   EA = Ri

   
   
   • 执行阶段不访存，只访问寄存器，执行速度快
   • 寄存器个数有限，可缩短指令字长
6. 寄存器间接寻址

   EA = (Ri) 有效地址在寄存器中

   
   
   • 有效地址在寄存器中，操作数在存储器中，执行阶段访存
   • 便于编制循环程序
7. 基址寻址
   • 采用专用寄存器作基址寄存器

     EA = (BR) + A BR 为基址寄存器，真实地址为基地址加上 A

     
     
     • 可扩大寻址范围
     • 有利于多道程序
     • BR 内容由操作系统或管理程序确定
     • 在程序执行过程中BR内容不变，形式地址 A 可变。
   • 采用通用寄存器作基址寄存器
     
     • 用用户指定哪个通用寄存器作为基址寄存器
     • 基址寄存器的内容有操作系统确定
     • 在程序执行过程中R 0 R_0R0​内容不变，形式地址 A 可变。
8. 变址寻址

   EA=(IX) +A IX为变址寄存器（专用），通用寄存器也可以作为变址寄存器

    
   • 可扩大寻址范围
   • IX 的内容用用户指定
   • 在程序执行过程中IX 内容可变，形式地址A 不变
   • 便于处理数组问题
9. 相对寻址

   EA = (PC) + A, A 是相对于当前指令的位移量（可正可负，补码）

   
   
   • A 的位数决定操作数的寻址范围
   • 程序浮动
   • 广泛用于转移指令
10. 堆栈寻址
    1. 堆栈的特点
       • 硬堆栈 对个寄存器
       • 软堆栈 指定的存储空间
       先进后出，栈顶地址有SP指出
       进栈：( S P ) − 1 → S P (SP)-1 \to SP(SP)−1→SP，出栈：( S P ) + 1 → S P (SP)+1\to SP(SP)+1→SP
    
    

操作数寻址方式

深刻理解不同数据寻址方式（立即寻址、直接寻址、隐含寻址、存储器间接寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址、基址寻址、变址寻址、相对寻址、堆栈寻址等）的有效地址的计算方法、特点以及深刻理解不同数据寻址方式对指令执行速度（访存次数）的影响。

指令格式

课后习题

1. 什么是指令字长、机器字长和存储字长？
   答：指令字长：是指机器指令中二进制代码的总位数。指令字长取决于从操作码的长度、操作数地址的长度和操作数地址的个数。不同的指令的字长是不同的。
   机器字长：是指计算机进行一次整数运算所能处理的二进制数据的位数（整数运算即定点整数运算）。机器字长也就是运算器进行定点数运算的字长，通常也是CPU内部数据通路的宽度。即字长越长，数的表示范围也越大，精度也越高。机器的字长也会影响机器的运算速度。
   存储字长：一个存储单元存储一串二进制代码（存储字），这串二进制代码的位数称为存储字长，存储字长可以是8位、16位、32位等。
2. 比较基址寻址和变址寻址的异同点。
   答：比较如下：⑴都可有效地扩大指令寻址范围。
   ⑵基址寻址时，基准地址由基址寄存器给出，地址的改变反映在位移量A的取值上；变址寻址时，基准地址由A给出，地址的改变反映在变址值的自动修改上，变址值由变址寄存器给出。
   ⑶基址寄存器内容通常由操作系统或管理程序给定，且在程序的执行过程中不可变；变址寄存器内容通常由用户给定，且在程序的执行过程中可变。
   ⑷基址寻址支持多道程序技术的应用，变址寻址适用于数组或字符串处理，适用场合不同。
3. 比较间接寻址和变址寻址的异同点。
   答：间接寻址和变址寻址都可以扩大寻址范围，但他们形成有效地址的方式不同：间址需通过访存（若是多次间址还需要多次访存）得到有效地址；而变址需通过地址变换（将变址寄存器内容加上形式地址）得到有效地址，故通常间址指令执行时间比变址指令长。此外，两种指令的应用场合不同，变址寻址特别适用于处理数组问题。
4. 假设指令字长为16位，操作数的地址码为6位，指令有零地址、一地址、二地址三种格式。
   • 设操作码固定,若零地址指令有M种，一地址指令有N种，则二地址指令最多有几种？
   • 采用扩展码操作技术，二地址指令最多有几种？
   • 采用扩展操作码技术，若二地址指令有P种，零地址指令有M种，则一地址指令最多有几种？
   
   
5. 设指令字长为16位，采用扩展操作码技术，每个操作数的地址为6位。如果定义了13条二地址指令，试问还可安排多少条一地址指令？
   
6. 某机指令字长16位，每个操作数的地址码为6位，设操作码长度固定，指令分为零地址、一地址和二地址三种格式。若零地址指令有M种，一地址指令有N种，则二地址指令最多有几种？若操作码位数可变，则二地址指令最多允许有几种？
   
7. 假设指令字长为16位，操作数的地址码为6位，指令有零地址、一地址、二地址三种格式。
   • 设操作码固定，若零地址指令有3种，一地址指令有5种，则二地址指令最多有几种？
   • 设操作码固定，若零地址指令有3种，一地址指令有5种，则二地址指令最多有几种？