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1. 指令的基本格式

一条指令就是机器语言的一个语句，它是一组有意义的二进制代码。

其中操作码指明了指令的操作性质及功能，地址码则给出了操作数的地址。

地址码中的地址可以是主存的地址，也可以是寄存器的地址（编号），甚至可以是I/O设备的地址。

对于双操作数运算指令来说，需要操作数的地址、结果的地址以及下一条指令的地址，这些地址可以在指令中明显给出，称为显地址；
也可以依照某种事先的约定，用隐含的地址给出，称为隐地址。

根据显地址的个数有：三地址和二地址指令（通用寄存器指令）、一地址指令（累加型计算机）和零地址指令（堆栈型计算机）。

2.定长操作码指令格式

定长操作码以称为规整型编码，这是一种最简单的编码方法，操作码字段的位数和位置是固定的。

为了能表示整个系统中的全部指令，指令的操作码字段应当有足够的位数。

定长编对于简化硬件设计，减少指令的译码时间是非常有利的。

3.扩展操作码指令格式

扩展操作码以称为非规整编码，操作码字段的位数不固定，且分散地放在指令字的不同位置上。

这种方式能够有效地压缩指令中操作码字段的平均长度，显然，操作码字段的位数和位置不固定将增加指令译码和分析的难度，使控制器的设计复杂化。

典型的扩展操作码编码让操作数地址个数多的指令（三地址指令）的操作码字段短些，操作数地址个数少的指令（一或零地址指令）的操作码字段长些，这样既能充分地利用指令的各个字段，又能在不增加指令长度的情况下扩展操作码的位数，使它能表示更多的指令。

4.指令的寻址方式

（1）立即寻址

立即寻址是一种特殊的寻址方式，指令中在操作码字段后面的部分不是通常意义上的操作数地址，而是操作数本身。

（2）寄存器寻址

寄存器寻址指令的地址码部分给出某一个通用寄存器的编号Ri，这个指定的寄存器中存放着操作数。
有效地址EA=Ri。
这种方式可以缩短指令长度，提高指令的执行速度。

（3）直接寻址

指令中地址码字段给出的地址A就是操作数的有效地址，即形式地址等于有效地址：EA=A。

由于这样给出的操作数地址是不能修改的，与程序本所在的位置无关，所以又叫绝对寻址方式。

（4）间接寻址

间接寻址意味着指令中给定的地址A不是操作数的地址，而是存放操作数地址的主存单元的地址，简称为操作数地址的地址，即EA=（A）。

间接寻址的指令在执行阶段要多次访存，可扩大寻址范围，便于编制程序。

（5）寄存器间接寻址

寄存器间接寻址指令中的地址码给出某一通用寄存器的编号，在被指定的寄存器中存放操作数的有效地址，EA=（Ri），而操作数则存放在主存单元中。

这种寻址方式的指令较短，并且在取指后只需一次访存便可得到操作数，因此指令执行的速度较间接寻址方式快。

（6）变址寻址

变址寻址就是把变址寄存器Rx的内容与指令中给出的形式地址A相加，形成操作数有效地址，即EA=（Rx）+A。

Rx的内容称为变址值。

（7）基址寻址

基址寻址是将基址寄存器Rb的内容与指令中给出的位移量D相加，形成操作数有效地址，即EA=（Rb）+D。

Rb的内容称为基址值。

（8）相对寻址

相对寻址是基址寻址的一种变通，由程序计数器（PC）提供基准地址，指令中的地址码字段作为位移量D，两者相加后得到操作数的有效地址，即EA=（PC）+D。

位移量指出的是操作数和现行指令之间的相对位置。

（9）页面寻址

存储器的有效地址就被分为两部分：前部分为页面地址，后部为页内地址。

页内地址是由指令的地址码自动直接提供，它与页面地址通过简单的拼装连接就可得到有效地址，无须进行计算，因此寻址迅速。

根据页面地址的来源不同，页面寻址以可分为三种不同的方式。

①基页寻址，又称为零页寻址。由于页面的地址全等于0，所以有效地址EA=0//A。基页寻址实际就是直接寻址。

②当前页寻址。页面地址就等于程序计数器（PC）的高位部分的内容，所以有效地址EA=（PC）H//A，操作数S与指令本身处于同一页面中。

③页寄存器地址。页面地址取自页寄存器，与形式地址相拼接形成有效地址。

（10）堆栈寻址

堆栈是一种按特定顺序进行存取的存储区，这种特定的顺序可归结为“后进先出（LIFO）”或“先进后出（FILO）”。
寄存器堆栈由 一组专门的寄存器构成，又称为硬堆栈。这种堆栈的栈顶是固定的，寄存器组中各寄存器是互相连接的，它们之间具有对应位自动推移的功能，即可将一个寄存器的内容推移到相邻的另一个寄存器中去。
利用主存的一段区域构成的堆栈称为软堆栈，软堆栈的大小可变，栈底固定，栈顶浮动，故需要一个专门的硬件寄存器作为堆栈的栈顶，简称堆栈指针（SP）。
若软堆栈的栈底地址大于栈顶地址，且栈指针始终指向栈顶的满单元，则

进栈时的操作：
（SP）-1→SP 修改栈指针
（A）→（A） 将A中的内容压入栈顶单元

出栈时操作：
（（SP））→A 将栈顶单元的内容弹出送入A中
（SP）+1→SP 修改栈指针

5.CISC和RISC

基于复杂指令系统设计的计算机称为复杂指令系统计算机（CISC），基于精简指令系统设计的计算机称为精简指令系统计算机（RISC）。

RISC的中心思想是要求指令系统简化，尽量寄存器-寄存器操作指令，除去访存指令（Load和Store）外，其他指令的操作均在单周期内完成，指令格式力求一致，寻址方式尽可能减少，并提高编译的效率，最终达到加快机器处理速度的目的。

6.题

【例4.1】在关于一地址运算类指令的叙述中，正确的是（ B ）。

A.仅有一个操作数，其地址由指令的地址码提供
B.可能有一个操作数，也可能有两个操作数
C.一定有两个操作数，另一个是隐含的
D.指令的地址码字段存放的一定是操作码

试题分析：一地址运算类指令包括单操作指令（如加1、减1指令）和双操作数指令（如加、减指令）两类。对于单操作数指令只需要一个操作数，对于双操作数指令需要有两个操作数，其中一个操作数的地址是显地址，另一个操作数的地址隐含在累加寄存器中。

【例4.3】一个计算机系统采用32位单字长指令，地址码为12位，如果定义了250条二地址指令，那么单地址指令的条数有（ D ）。

A. 4K
B. 8K
C.16K
D.24K

试题分析：二地址指令的操作码字段8位，现定义了250条二地址指令，采用扩展操作码技术，留下6个扩展口，每个扩展窗口可以扩展212=4K 条一地址指令，故共可扩展6×4K=24K条一地址指令。

【例4.4】指令操作所需的数据不会来自（D  ）。

A.寄存器
B.指令本身
C.主存
D.控制存储器

试题分析：指令操作所需的数据可能来自于指令本身（立即寻址），可能来自于寄存器（寄存器寻址）或主存单元（多种寻址方式），但不会来自控制存储器。

【例4.6】在寄存器间接寻址方式中，操作数存放在（  D）。

A.寄存器 B.堆栈栈顶 C.累加器 D.主存单元

试题分析：在寄存器间接寻址中，指定寄存器里存放着有效地址，而操作数在主存中。

【例4.7】变址寻址和基址寻址的有效地址形成方式类似，但（ D ）。

A.变址寄存器的内容在程序执行过程中是不可能变的
B.基址寄存器的内容在程序执行过程中是不可能变的
C.在程序执行过程中，变址寄存器的内容不能改变而基址寄存器的内容可变
D.在程序执行过程中，基址寄存器的内容不能改变而变址寄存器的内容可变

试题分析：通常，变址寻址中变址寄存器提供修改量（可变的），而指令中提供基准值（固定的）；基址寻址中基址寄存器提供基准值（固定的），而指令中提供位移量（可变的）。

【例4.8】为实现程序浮动提供了较好支持的建起方式是（B  ）。

A.变址寻址
B.相对寻址
C.间接寻址
D.寄存器间接寻址

试题分析：相对寻址的操作数地址随着PC值的变化而变化，并且与指令地址之间总是相差一个固定值。所以以相对寻址方式编写的程序可在主存中任意浮动。

【例4.11】设变址寄存器为X，形式地址为D，某机具有先间址后变址的寻址方式，则这种寻址方式的有效地址为（ B ）。

A. EA=(X)+D
B. EA=(X)+(D)
C. EA=((X)+D)
D. EA=X+D

试题分析：A选项是变址寻址，C选项为先变址后间址，D选项的表达式不对。

【例4.13】零地址的运算类指令在指令格式中不给出操作数地址，参加运算的两个操作数来自（ C ）。

A.累加器和寄存器
B.累加器和暂存器
C.堆栈的栈顶和次栈顶单元
D.暂存器和堆栈的栈顶单元

试题分析：零地址运算类指令的两个操作数均来自于堆栈，分别在栈顶和次栈顶单元。

【例4.18】某机字长32位，指令单字长，指令系统中具有二地址指令、一地址指令和零地址指令若干条，已知每个地址长12位，采用扩展操作码方式，问该指令系统中的二地址指令、一地址指令、零地址指令各最多能有多少条？

解答：28－1，（28－1）×212－1，232－224－212

试题分析：设指令字长固定，为32位，每个地址字段为12位，因此，零地址指令的操作码占32位，一地址指令的操作码占20位，二地址指令的操作码占8位。
对于二地址指令，至少需要留出一个扩展口给一地址指令，显然最多可以有28—1条二地址指令。对于一地址指令，最多的情况是指令系统中只有一条二地址指令，并要为零地址指令留下一个扩展口，显然最多可以有（28－1）×212－1条一地址指令。对于零地址指令，最多的情况是指令系统中只有一条二地址指令和一条一地址指令，其余均为零地址指令。零地址指令的操作码为32位，共有232种编码，其中224种编码用作表示某条二地址指令，212种编码用作表示某条一地址指令，因此零地址指令最多可以有232－224－212条。