计算机组成原理——指令格式

4.1 指令格式

出自up主Beokayy传送门

1. 指令字长

• 指令字长即一条指令中所包含的二进制代码的位数。
• 指令字长和机器字长无固定关系，与存储字长呈倍数关系。
• 通常情况下：
  • 单字长指令：指令字长=存储字长。
  • 半字长指令：指令字长=半个存储字长。
  • 双字长指令：指令字长=两个存储字长。
• 机器周期与取指周期的关系：
  • 若指令字长=存储字长，则机器周期等于取指周期。
  • 若指令字长=两个存储字长，则机器周期等于二分之一的取指周期。

2. 指令的基本格式

操作码字段	地址码字段

• 操作码：指出该指令应该执行什么性质的操作以及具有何种功能。
• 地址码：给出被操作的信息的地址。

3. 指令格式的分类

零地址指令

• 只给出操作码OP，没有显式地址。
• 这种指令有两种可能：
  • 不需要操作数的指令，例如空操作指令、停机指令、关中断指令等。
  • 在堆栈计算机里，运算类指令的执行过程通常是：参与运算的两个操作数会自动地从栈顶和次栈顶弹出，然后被传送到运算器中进行运算，运算完成后的结果又会自动地压入堆栈。

一地址指令

OP	A1

• 这种指令有两种可能：
  • 只有目的操作数的单操作数指令。按A1地址读取操作数，进行OP操作后，结果存回原地址。
  • 隐含约定目的地址的双操作数指令。按A1地址读取源操作数，另一个操作数可隐含约定放置在ACC中，运算结果也将存放在ACC中。

二地址指令

OP	A1	A2

• （A1）OP（A2）->A1。
• A1为目的操作数，A2为源操作数，本次运算结果将存放于目的操作数地址A1。

三地址指令

OP	A1	A2	A3

• （A1）OP（A2）->A3

四地址指令

OP	A1	A2	A3	A4

• （A1）OP（A2）->A3，A4为吓一跳要执行指令的地址。

4. 定长操作码与扩展操作码

定长操作码

• 将指令字的最高位部分分配固定的若干位表示操作码。
• n位操作码字段的指令系统最大能够表示$2^n$种指令。

扩展操作码

• 指令的操作码字段的位数不固定，操作码的长度随地址码的减少而增加，不同地址数的指令可具有不同长度的操作码，从而在满足需要的前提下有效地缩短指令字长。
  
  注：图片有误，零地址指令前几位全是1
• 扩展原则：
  • 不允许短码是长码的前缀
  • 个指令的操作码不能重复