4.01指令格式

相关概念

1. 指令：又称为机器指令，计算机执行某种操作的命令。是计算机运行的最小功能单位。
2. 指令系统：一台计算机所有的指令集合。
3. 指令字长：一条指令的二进制位数。因为主存一般是按字节编址的，所以指令字长一般是字节的整数倍。
4. 单字长指令：指令字长等于机器字长；对应有半字长指令、双字长指令。
5. 定长指令字结构：在一个指令系统中，所有的指令长度是相等的。对应的是变长指令字结构。

指令的基本格式

操作码字段(OP)	地址码字段(A)

1. 操作码字段：指出指令应执行什么操作
2. 地址码字段：给出被操作信息(指令或数据)的地址

指令的分类(根据根据指令中操作数地址码数目的不同)

零地址指令

操作码字段(OP)

有两种可能：

1. 不需要操作数的指令。空操作、停机指令、关中断指令等。
2. 堆栈类计算机内的运算。栈顶和次栈顶取出并送至运算器运算，运算结果再压回栈顶。

一地址指令

操作码字段(OP)	操作数地址码A1

有两种可能

1. 只有目的操作数的单操作数指令。按A1地址取操作数，进行OP操作后，结果存回原地址
   指令含义：OP(A1)→A1
   如操作码含义是加1、减1、求反、求补等
2. 隐含约定目的地址的双操作数指令。按A1地址取出源操作数，指令可隐含约定另一个操作数由累加寄存器ACC提供，运算结果也存放到ACC中
   指令含义：(ACC)OP(A1)→ACC
   若指令字长为32位，操作码字段占8位，地址码字段占24位，则指令操作数的直接寻址范围是2²⁴=16M

二指令地址

操作码字段(OP)	操作数地址码A1	操作数地址码A2

1. 常用的算数和逻辑运算。分别给出目的操作数 和 源操作数的地址，其中目的操作数地址还用于保存本次运算的结果
   指令含义：(A1)OP(A2)→A1
   若指令字长为32位，操作码占8位，两个操作数地址码各占12位，则指令操作数可寻址的范围是2¹²=4K

三指令地址

操作码字段(OP)	操作数地址码A1	操作数地址码A2	操作数地址A3(结果)

指令含义：(A1)OP(A2)→A3
若每个地址均为主存地址，且指令字长等于机器字长，则完成一条三指令地址需要4次访存(取指令1次、取操作数2次、存放结果1次)

四指令地址

OP	A1	A2	A3(结果)	A4(下条指令地址)

指令含义：(A1)OP(A2)→A3，A4=下一条指令的地址

定长操作码指令格式

1. 概念：在指令字高位分配固定位数表示操作码。n位操作码可以表示2ⁿ条指令。
2. 优点：简化计算机硬件设计，提高指令译码和识别速度。

扩展操作码

如以下格式：

通常情况下，对执行频率较高的指令，分配短的操作码；执行频率较低的指令，分配长的操作码。以减少指令分析及译码时间。
还有其他多种扩展方法：
【例题】设指令字长16位，试设计一套指令系统满足
  a. 有15条三地址指令；b. 有12条二地址指令；c. 有62条一地址指令；d. 有32条零地址指令。