4.1 指令系统
指令的定义
指示计算机执行某种操作的命令，计算机运行的最小功能单位
指令系统（指令集）
所有指令的集合
指令集体系统ISA
定义了软件和硬件之间的接口
规定
指令格式、指令寻址方式、操作类型、每种操作对应的操作数的相应规定
操作数的类型、操作数的寻址方式、大端还是小端
寄存器编号、个数、位数，存储空间的大小和编址方式
指令执行过程的控制方式，程序计数器、条件码定义
指令格式
操作码op
地址码（A）
按地址码数量分类
零地址指令
空操作、停机指令、关中断指令
堆栈计算机
一地址指令
只需要单操作数
需要双操作数，其中一个隐含在某个寄存器
二地址指令
三地址指令
四地址指令
按指令长度分类
区分
指令长度
一条指令的总长度
机器字长
CPU进行一次整数运算能处理的二进制位数（通常和ALU直接相关）
存储字长
一个存储单元中二进制代码位数（通常和MDR位数相同）
半长指令
单字长指令
双字长指令
需要访存2次才能完整取出
按操作码长度分类
定长操作码
可变长操作码
扩展操作码
指令字长固定，设地址长度为n，上一次留出m种状态，下一层可扩展出钟状态
不允许短码是长码的前缀
不允许重复
按操作类型分类
数据传送
LOAD、STORE
算数逻辑操作
算数
加减乘除、增1减1、求补、浮点运算、十进制运算
逻辑
与或非、异或、位操作、位测试、位清除、位求反
移位操作
算数移位
逻辑移位
循环移位
转移操作
无条件转移、有条件转移
调用CALL、返回RET
陷阱和陷阱指令
输入输出操作
4.2 指令的寻址方式
指令寻址
顺序寻址
(PC)+'1'→PC
跳跃寻址
由转移指令指出
数据寻址
隐含寻址
指令中隐含操作数的地址，如ACC
优点：有利于缩短指令字长
缺点：需增加存储操作数或隐含地址的硬件
立即寻址
A就是操作数本身，一般采用补码
优点：指令执行阶段不访问主存
缺点：A的位数限制了立即数的范围
直接寻址
EA=A
间接寻址
EA=(A）
优点：扩大寻址范围；便于编制程序
缺点：指令执行阶段需要多次访存
寄存器寻址
优点：执行阶段不访问主存；指令字短且执行速度快
缺点：寄存器价格昂贵，数量有限
寄存器间接寻址
与一般间接寻址相比速度更快
相对寻址
EA=(PC)+A
A是相对于PC所指地址的位移量
优点：一段代码在程序内浮动时不用更改跳转指令的地址码，广泛应用于转移指令
基址寻址
EA=(BR)+A
程序运行前，CPU将BR的值修改为该程序的起始地址
BR作为基地址，A为偏移量
优点：便于（整个）程序浮动，方便多道程序并发运行
变址寻址
EA=(IX)+A
IX的内容可由用户改变
IX作为偏移量，A作为基地址
优点：可以不断改变IX的内容，适合编制循环程序
堆栈寻址
操作数存放在堆栈中，隐含使用SP作为操作数地址
堆栈是寄存器种一块特定的、按后进先出管理的存储区，SP存储在特定的寄存器中
硬堆栈：寄存器堆栈
软堆栈：从内存中划出一段区域做堆栈
4.3 程序的机器级代码表示
高级语言→汇编语言→机器语言
AT&T格式 v.s. Intel格式
选择语句的机器级表示
无条件转移指令jmp<地址>
常数
寄存器
主存
用"标号"锚定
循环语句的机器级表示
条件转移指令
loop指令
函数调用的机器级表示
函数调用指令call <函数名>
1.将IP旧值压栈保存
2.设置IP新值，无条件转移至被调用函数的第一条指令
函数返回指令ret
从函数的栈帧顶部找到IP旧值，将其出栈并恢复IP寄存器
函数调用栈在内存中的位置
栈底（高地址）
栈顶（低地址）
访问栈帧数据
push、pop指令
push
先让esp-4,再让数据压入
pop
栈顶元素出栈，再让esp+4
mov指令
4.4 CISC和RISC
CISC：Complex Instruction Set Computer
复杂、庞大
指令数目：>200
指令字长：不固定
可访存指令：不加限制
微程序控制
RISC：Reduced Instruction Set Computer
简单、精简
指令数目：>100
指令字长：定长
可访存指令：Load/Store指令
组合逻辑控制
计算机的工作过程
