计算机组成原理本章复习要点：1.理解指令的基本格式、定长与扩展操作码格式2.掌握指令寻址方式的基本概念、常见寻址方式及其有效地址的计算3.了解CISC和RISC的基本概念4.1指令系统的几个名词指令系统的几个基本名词:指令系统：一台计算机中所有机器指令的集合，它是表征一台计算机性能的重要因素。指令的格式与功能不仅直接影响到机器的硬件结构，也直接影响到系统软件，影响到机器的适用范围。4.2指令格式1操作码例如，对于定长操作码字段：若指令系统共有8条指令，则用3位操作码就够；如果有30条指令，则至少需要5位操作码。当然，操作码字段的长度也可以是变长的，视指令系统的需要而定。2地址码（又称操作数）指令主要归结为如下三种类型：（1）存储器-存储器（SS）型指令：（A1、A2都是内存地址）特点：参与操作的数都放在内存里，从内存某单元中取操作数，操作结果也存放至内存单元中。机器执行这类指令需要多次访问内存，因此执行速度较慢。（2）寄存器-寄存器（RR）型指令：（A1、A2都是寄存器号）特点：参与操作的数都在寄存器中，从寄存器中取操作数，把操作结果放到另一寄存器。因为执行这类指令，不需要访问内存，在CPU中就可以完成，因此这类指令的执行速度很快。（3）寄存器-存储器（RS）型指令：特点：一个操作数在寄存器中，另一操作数在存储器中。因此，执行此类指令时，机器既要访问内存单元，又要访问寄存器。3指令字结构使用多字长指令目的：主要为了扩充地址码长度，解决访问内存空间的地址问题。如：三字长指令格式多字长指令的主要缺点：需要多次访问内存以取出一条完整的指令，降低了CPU的运行速度，又占用了较多的存储空间。(当然，若采用指令流水线、多体交叉存储等技术，可以解决此问题）[等长指令字结构]:各种指令字长度是相等的。这种指令字结构简单，编译方便。[变长指令字结构]:指令字的长度随指令功能而变化。这种指令字结构灵活，能充分利用指令长度，但指令的译码及控制要复杂一些。5指令格式举例（2）定长指令格式举例：[例1]指令格式如下所示，其中OP为操作码，试分析该指令格式的特点。[例2]指令格式如下所示，其中OP为操作码，试分析指令格式的特点。(教材）[例3]：某16位机的二地址指令格式如下：可见：①采用固定长度操作码（6位），最多只能产生26=64条指令；②采用操作码扩展法，则产生了（63+31+32）=126条指令。所以：虽然指令字长未变，但是产生的指令条数却大大增加了。——操作码扩展法的特点。例4：已知指令字长为12位，每个地址3位。试采用扩展操作码的方式，设计4条三地址指令、16条二地址指令、64条单地址指令和16条零地址指令。（1）画出操作码扩展图；（2）画出指令译码逻辑；（3）计算操作码平均长度。Y0….Y3(3)操作码平均长度L:使用操作码扩展方法的基本原则:使用频率高的指令,应分配短的操作码；使用频率低的指令则可相应地分配较长的操作码。应尽量减少操作码的平均码长，有效地缩短操作码在程序中的长度，既节省存储空间、又可缩短指令的平均译码时间，提高程序的运行速度，减小控制器的复杂性。例5：某计算机的指令系统指令字长16位，操作数地址需4位，采用操作码扩展法增加指令条数。已知该系统已有三地址指令M条、二地址指令N条、没有零地址指令，问：最多还有多少条单地址指令？∵已知三地址指令M条，剩下的组合（24-M)∴可扩展为二地址指令的条数为：（24-M)×24；又已知二地址指令N条，∴剩下的组合[(24-M)×24-N]可扩展为单地址指令；∵没有零地址指令，∴单地址指令的条数为：[(24-M)×24-N]×24例6：某指令系统字长16位，每个地址码位长为6位，若已知有二地址指令M条；零地址指令N条，问：系统可有单地址指令多少条？4.3指令和数据的寻址方式有效地址的概念：操作数或指令实际存放在某个存储单元时，该存储单元的编号，就是该操作数或指令在存储器中的有效（物理）地址。指令中的地址码常常为形式地址，需要应用设定的规则，由形式地址计算出有效地址。[寻址方式]：形成指令或操作数的存储单元有效地址的方式，称为寻址方式。[寻址方式的类别]：（1）指令寻址方式：用于形成指令的地址。（2）数据寻址方式：用于形成操作数的地址。包括两种:(1)顺序寻址方式(2)跳跃寻址方式。(2)跳跃寻址方式顺序可见：在指令寻址方式中，顺序寻址是由程序计数器PC控制实现的；而跳跃寻址则是由指令控制实现的。2操作数寻址方式一般来说：指令中所给出的地址码，常常只是一个形式地址A，并不直接是操作数的有效地址EA。操作数的寻址过程就是把操作数的形式地址A，变换为操作数的有效地址EA的过程。(