计算机组成原理-指令系统

指令系统

指令（机器指令）是指计算机执行某种操作的命令，程序由一条条指令构成。

一台计算机的所有指令的集合构成了指令系统，也称指令集。

指令的基本格式

  • 指令是一组有意义的二进制代码，一条指令通常包括操作码和地址码两部分。
  • 指令的长度是指一条指令中包含的二进制代码位数，其长度取决于操作码长度、操作数地址码的长度和操作数地址的个数，与机器字长没有固定关系。
  • 通常把指令长度等于机器字长的指令称为单字节指令，同理得半字长指令、双字长指令。
  • 一个指令系统中，若所有指令的长度都是相等的，则称为定长指令字结构，反之则称为百年擦汗给你指令字结构。由于主存一般是按照字节编址的，所有指令字长多为字节的整数倍。

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零地址指令

只有操作码

  1. 不需要操作数的指令，如空操作指令、停机指令等。

CISC和RISC的基本概念

CISC 复杂指令系统计算机

特点

  1. 指令复杂庞大，指令数目一般在200条以上
  2. 指令长度不固定，指令格式多，寻址方式多
  3. 可以访存的指令不受限制
  4. 各种指令使用频度相差很大
  5. 各种指令执行时间相差很大，大多数指令需要多个时钟周期才能完成
  6. 控制器大多数使用微控制器。有些指令非常复杂，以至于无法采用硬连线控制。
  7. 难以用优化编译生成高效的目标代码程序

RISC 精简指令系统计算机

特点

  1. 选取使用频率最高的简单指令，复杂指令的功能由简单指令的组合来实现。
  2. 指令长度固定，指令格式种类少，寻址方式种类少。
  3. 只有Load/Store 指令方寸，其余指令的操作都在寄存器之间进行。
  4. CPU中通用寄存器的数量相当多。
  5. RISC一定采用指令流水线技术，大部分指令在一个时钟周期内完成。
  6. 以硬布线控制为主，不用或少用微程序控制。
  7. 特别重视编译优化工作，以减少程序执行时间。

CISC和RISC的比较

  1. RISC更能充分利用VLSI芯片的面积
  2. RISC更能提高运算速度
  3. RISC便于设计，可降低成本，提高可靠性
  4. RISC有利于变成程序代码优化

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