计算机组成原理——指令与数据的寻址方式

前言：
指令的定义：计算机执行某种操作的命令。从计算机组成的层次结构来看，计算机的指令有微指令，机器指令，宏指令之分。

微指令：微程序级的命令，它属于硬件。
宏指令：由若干条机器指令组成的软件指令，它属于软件。
机器指令：介于微指令和宏指令之间，每一条指令可完成一个独立的算术运算或逻辑运算。

指令系统的定义：一台计算机中的所有机器指令的集合。
指令系统的功能：表示一台计算机性能的重要因素，是设计一台计算机的硬件与低层软件的接口。指令系统的格式与功能不仅影响机器的硬件结构，还影响着系统软件。
指令集就是计算机硬件和软件的交界面，软件通过指令系统告诉计算机的硬件要做什么操作；计算机的硬件通过指令系统把运算结果和硬件的状态返回给软件。
指令字长（固定字长、可变字长）：一条指令的长度是多少位。

指令系统的发展情况:

复杂指令系统计算机，简称CISC
庞大的指令系统使计算机的研制周期变长，难以保证正确性，不易调试维护。采用了大量使用频率很低的复杂指令而造成硬件资源浪费。
精简指令系统计算机，简称RISC
提出了便于VLSI技术实现的精简指令系统计算机。

一、指令格式

指令格式：指令字用二进制代码表示的结构形式，通常由操作码字段和地址码字段组成。操作码字段表征指令的操作属性与功能（如加法、减法、取数、存数等），地址码字段指定参与操作的操作数的地址。
在这里插入图片描述

操作码字段（反映了机器做什么样的操作，对什么数进行操作）
不同的指令用操作码字段的不同编码来表示，每一种编码代表一种指令。例如，如果操作码是3位，用001代表计算机执行加法操作，010代表计算机执行减法操作等等。CPU中的专门电路用来解释每一个操作码，因此计算机能够执行操作码表示的操作。
（1）长度固定：用于指令字长较长的情况。
（2）长度可变：操作码分散在指令字的不同字段。
（3）拓展操作码字段：保留码点，操作码的位数随着地址数的减少而增加。减少地址码的个数，来扩展操作码的长度，增加指令的条数。为了区分操作码的位数，一定要保证短操作码一定不能是长操作码的前缀。一般来说，高频使用的指令，用短操作码表示；低频使用的指令，用长操作码表示。
地址码字段

（1）四地址
注意用括号括起来，如（A）操作码字段A指明的是操作数的地址，而不是操作数本身。
现代计算机或模型机中PC代表下一条将要执行的指令，用PC代替A4字段。

（2）三地址
A1为被操作数地址，A2为操作数地址，A3为存放操作结果的地址。

（3）二地址
在二地址指令格式中从操作数的物理地址来说，可以分为三种类型：

SS（存储器—存储器）型指令：访问内存的指令格式。参与操作的数都在内存中，从内存某单元取操作数，操作结果放至内存的另一单元，因此机器执行这种指令需要多次访存。
RR（寄存器—寄存器）型指令：访问存储器的指令格式。通常需要多个通用寄存器或个别专用寄存器，从寄存器中取操作数，把操作数的结果放到另一个寄存器。这种指令的执行速度很快，因为这种指令不需要访问内存。
RS（寄存器—存储器）型指令：既要访问内存单元，又要访问寄存器。既要访问内存单元，又要访问寄存器。

（4）一地址
一地址指令只有一个地址码，它指定一个操作数，另一个操作数地址是隐含的。（ACC）OP（A1）→ACC表示运算器中累加器ACC中的数是隐含的被操作数，指令字的地址码所指明的数为操作数，操作结果又放回到累加器ACC中，而累加器中原来的数被冲掉。

（5）零地址
零地址指令的指令字中只有操作码，而没有地址码。例如停机指令就不需要地址码，因为停机操作不需要操作数。