计组_机器指令

news2025/1/8 4:31:24

2024.06.13：计算机组成原理机器指令学习笔记

第13节机器指令

3.1 指令的作用
3.2 指令的格式
- 3.2.1 操作码字段（用户要干什么）
- 3.2.2 (操作数)地址码字段（对谁进行操作）
- 3.2.3 格式分类*（一步步优化）
- - (1) 四地址指令
  - (2) 三地址指令
  - (3) 二地址指令
  - (4) 一地址指令
  - (5) 零地址指令
3.3 指令的字长*
3.4 定长操作码与扩展码
- 3.4.1 定长操作码
- 3.4.2 扩展操作码
3.5 数据在存储器中的存放位置
- 3.5.1 不进行边界对齐
- 3.5.2 进行边界对齐

指令要好好学习，为了后续CPU的学习做准备

3.1 指令的作用

CPU中运行的指令到底是什么？

冯诺依曼机：计算机就是连续执行每一条机器指令而实现全自动工作的
进程：进程里面有一部分就是指令的集合，执行进程其实就是在执行一条条指令
全部机器指令的集合称为机器的指令系统

计算机的目的就是为了执行指令，执行一条条指令就可以完成我们想要的操作。我们想要达到什么目的，就把它编写成算法，算法在机器内就会被拆解成一步一步的指令去完成

3.2 指令的格式

指令是由机器码和地址码两部分组成的
在这里插入图片描述

操作码往往写在前面，指示要做什么样的动作，机器就可以读懂
地址码其实是记录着这个指令可能用到的操作数它的地址，值得注意的是这里的地址并不一定是它的真实地址或者有效地址

3.2.1 操作码字段（用户要干什么）

操作码用来指明该指令所要完成的操作
操作码位数反映了机器的操作种类，即机器允许的指令条数
操作码占n位，则该机器最多包含2的n次幂条指令
操作码长度可以固定也可以变化怎么变化就是扩展操作码的内容

3.2.2 (操作数)地址码字段（对谁进行操作）

地址码用来指出该指令的源操作数的地址、结果的地址以及下一条指令的地址

这里我们是把整个地址码字段划成一个了，那在不同的指令里面，可能有多个地址码，那它就可以分别指示原操作数的地址、结果地址等等

这个地址可以是主存地址，也可以是寄存器地址具体如何要看选址方式

3.2.3 格式分类*（一步步优化）

指令格式：操作码字段（用户要干什么）+地址码字段（对谁进行操作）

op:指令对应的操作
A1:第一个地址码字段
A2:第二个地址码字段
A3:保存计算结果
A4:下一条指令的地址码字段

根据一条指令中有几个操作数地址，可将该指令称为几操作数指令或者几地址指令

（）表示取地址码所在的存储单元内的信息，或者说取地址里面的值。即加括号取存的信息，不加就取地址信息

(1) 四地址指令

在这里插入图片描述

A1记录了第一个操作数
A2记录了第二个操作数
结果写在A3这个地址
A4用于指示下一条指令的地址

注意：程序中指令一般按顺序执行，PC可以通过自增自动形成下一条指令的地址，因此A4可以省去

(2) 三地址指令

在这里插入图片描述
第一个操作数A1对第二个操作数A2进行OP操作，最终结果写回A3，后续指令的地址就由PC自增得出

思考：什么是PC自增？PC是程序计数器，它用来指示当前你执行的这个指令，它的地址是什么，执行完这条指令，取完这条指令之后，PC就可以自动地去计算下一条执行指令的地址

如果指令运算的结果是中间结果，那么就没有必要每次都放入主存Why?
假如说有连续的两条指令，第一条指令算的结果，第二条指令还要用，那其实我们没有必要把它写回主存，不然我们执行下一条指令的时候还需要从主存去把它取出来，我们知道寄存器的访问速度是比主存要快的，如果选择访存，效率就会比较低，但是如果我们把中间结果放在寄存器里面，下一次再用的话，访问速度就可以得到提升，可以暂存在CPU的寄存器中。