计算机指令格式的基本结构(计算机组成原理指令格式的设计举例)

导语：「计算机组成原理」：指令格式

机器语言，是由一条条语句构成的，每一条语句又能准确的表达某种语义（比如某种操作数，参与操作的数，或者其他的信息在何处）。而计算机就是通过连续执行每一条机器语句而实现全自动工作的。所以，人们把计算机执行某种操作的命令，称为机器指令。而一台计算机能执行的全部指令集合称作指令系统。

机器的指令系统，集中反映了机器的功能。一台机器只能执行自己指令系统中的指令，其他系统的指令它是完全看不懂。因此说，指令系统就是计算机的语言（所以有时候，C语言的程序在不同的机器中结果不同）。所以有条件的话，尽量做兼容机。 指令是计算机运行的最小功能单位，而指令系统是计算机的主要属性，介于硬件和软件之间。

指令格式

影响计算机指令格式的因素有：机器字长，存储器容量，指令的功能。 而指令通常需要反映以下几点信息：

作何操作

如需要操作，去哪取指令呢？

结果送至何处 - 有无下一条指令？

有的话去何处取？

而一条指令通常包括两个方面：

解释如下：

操作码：表示该指令应该进行什么性质的操作，如加减乘除，取数，存数等等。通常其位数反映了机器的操作种类，也就是机器允许的指令数（举个例子，如果操作码有7位，那么这个机器最多可以包含2^7 = 128条操作指令）。操作码也分为定长操作码（用于指令字长较长的情况如RISC）和不定长操作码。

地址码：表示被操作数，操作数，以及操作结果和下一条指令地址（这里的地址，可以主存地址，寄存器地址甚至是I/O地址）。

根据地址码中字段数目的不同，常常分为下列的四种地址码：（假设指令字长为32位）

四地址码

完成操作：（A1）OP（A2） ->A3.后续的指令地址可以任意填写（即A4），那么它的寻址能力就是2^6 = 64.如果指示的地址字段均是指的主存地址，则一共需要访问4次存储器（因为无论作何操作都需要取指令），然后取两个操作数两次，存放结果一次。 程序大多数都是按顺序执行，程序计数器PC能存放当前欲执行的指令的地址，又有计数功能，因此能自动形成下一条指令此时，A4便可以省去，形成三地址格式。

三地址码

完成操作：（A1）OP（A2） ->A3.跟刚刚说的四地址码一样，需要经过四次访存，但是其寻址地址范围有所增加，为2^8 = 256位。

但是在机器的运行过程中，没有必要把每次的运算结果都存入主存中，中间的结果可以暂存于A1,A3的字段中，或者是CPU的寄存器中（如ACC），这样一来，又可以省去一个地址字段A3,从而得出二地址指令。

二地址指令

完成操作：(A1)OP(A2)->A1.即A1字段中即代表的是源操作数地址，又代表存放本次运算结果的地址。当然也可以这样(A1)OP(A2)->A2.跟上面的原理完全一样。只不过用的是A2字段存放罢了。

但是，如果用A1或者A2来存放结果，则需要访问4次内存。若采用的是ACC存放结果，则需要3次访存（因为ACC在CPU中，不在内存中）。其寻址能力为2^12 = 4K. 再进一步，如果将操作数（其中一个）隐含在ACC中，则指令只需要给出一个地址码，便可以构成一地址码指令。

二地址码根据操作数的物理位置，分为：

SS（存储器 - 存储器类型）

RS（寄存器 - 存储器类型）

RR（寄存器 - 寄存器类型）

存取速度自上往下越来越快。

一地址指令

完成操作：（ACC）OP（A1） ->ACC.也就是ACC存放的参与运算的数，又存放中间的结果。这样完成该指令只需要2次访存。寻址范围为2^24 = 16M. 类似的可以有类似于（PC）+ 1 ->PC等等

在指令系统中，还有一种指令，它不需要操作数，或者所需要的操作数是隐含指定的。这就是所谓的零地址指令。

零地址指令

这类操作一般用来进行停机，空操作，清除操作。对ACC内容操作，对堆，栈内容进行操作。隐含的操作数一般来自于栈顶，和次栈顶元素。

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