指令和指令系統(tǒng)概述

基本概念
指令：引起計算機(jī)執(zhí)行某種操作的最小的功能單位。

指令系統(tǒng)：一臺計算機(jī)的全部指令的集合。

CISC：復(fù)雜指令系統(tǒng)計算機(jī)的簡稱。

RISC：簡化指令系統(tǒng)計算機(jī)的簡稱。

指令格式：一條指令由操作碼和操作數(shù)地址碼兩部分組成。一般是如下格式：
操作碼
?操作數(shù)地址碼?

操作碼：指明本條指令的操作功能。如算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、存數(shù)、取數(shù)、轉(zhuǎn)移等。每條指令分配一個確定的操作碼。

操作數(shù)地址碼：指出該條指令涉及的操作數(shù)的地址。

操作碼：指明本條指令的操作功能。如算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、存數(shù)、取數(shù)、轉(zhuǎn)移等。每條指令分配一個確定的操作碼。

操作數(shù)地址碼：指出該條指令涉及的操作數(shù)的地址。

一、操作碼的組織與編排
有三種組織方式：
1、定長的操作碼：每條指令的的操作碼均相同，即用固定長度的若干位表示操作碼。
優(yōu)點(diǎn)：簡化了計算機(jī)的硬件設(shè)計，提高了指令譯碼和識別速度。

缺點(diǎn)：當(dāng)指令長度較短時，操作數(shù)地址的位數(shù)就會嚴(yán)重不足。

因此定長的操作碼適用于計算機(jī)字長較長的計算機(jī)指令系統(tǒng)。

2、變長的操作碼：指令的的操作碼長度不盡相同，將使用頻率較高而地址碼要求較多的的指令用較少位表示操作碼；而對那些地址碼位數(shù)要求較少的指令，用較多位表示操作碼；對那些無操作數(shù)的指令，整個指令字均用作操作碼。
如PDP-11計算機(jī)是16位的小型機(jī)，它的變長的操作碼舉例如下： 7位操作碼：? 0 1 1 1 X X X? 地址碼1? 地址碼2?
8位操作碼：
?1 0 0 0 0 X X X? 位移或常數(shù)?
10位操作碼：
?1 0 0 0 0 1 0 1 X X? 目標(biāo)地址?
16位操作碼：? 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 X X?

優(yōu)點(diǎn)：在比較短的指令字中，既能表示出比較多的指令條數(shù)，又能盡量滿足操作數(shù)地址的要求。
缺點(diǎn)：增加了硬件設(shè)計的復(fù)雜性。
以上兩種方案，操作碼一般在指令字的最高位部分。

3、操作碼與操作數(shù)地址有所交叉的方案特點(diǎn)：不同的指令操作碼長度不同，而且與表示操作數(shù)地址碼的字段有所交叉。

二、操作數(shù)地址的設(shè)計安排
1、無操作數(shù)指令：指令中不涉及操作數(shù)或使用約定的操作數(shù)。如停機(jī)指令、空操作指令、關(guān)中斷及堆棧操作指令。

2、單操作數(shù)指令：指令中只涉及一個操作數(shù)或還使用另一約定的操作數(shù)。例如：寄存器內(nèi)容加1、減1指令；與外設(shè)交換數(shù)據(jù)的指令，只在指令中指明外設(shè)地址，而把接受或送出的寄存器約定下來；另外一種情況是采用單一累加器的計算機(jī)中約定目的操作數(shù)和保存結(jié)果都使用唯一的累加器，指令中只表示一個源操作數(shù)即可。

3、雙操作數(shù)指令：指令中要指出目的操作數(shù)和源操作數(shù)的地址，其中目的操作數(shù)地址還用于保存運(yùn)算結(jié)果。

4、多操作數(shù)指令：如三操作數(shù)指令，指令中不僅要指出目的操作數(shù)和源操作數(shù)的地址，還要指出保存運(yùn)算結(jié)果的去處。
三、關(guān)于指令的分類
下面是按指令的功能來分類
1、算術(shù)與邏輯運(yùn)算指令：這是每臺計算機(jī)必須要有的指令。這類指令不僅給出運(yùn)算結(jié)果，還有結(jié)果的有關(guān)特征。
2、移位操作指令：包括算術(shù)移位（主要是右移）、邏輯移位、循環(huán)移位三種。

3、數(shù)據(jù)傳送指令：實(shí)現(xiàn)通用寄存器之間、存儲器之間、通用寄存器與存儲器之間、通用寄存器與外設(shè)接口之間的數(shù)據(jù)傳送。

4、轉(zhuǎn)移指令、子程序調(diào)用與返回指令：
轉(zhuǎn)移指令分為無條件轉(zhuǎn)移指令和條件轉(zhuǎn)移指令兩種。二者相同之處是在指令中必須給出轉(zhuǎn)移地址；不同之處是條件轉(zhuǎn)移指令還必須在指令中給出轉(zhuǎn)移的條件（程序狀態(tài)字C、Z、V、S）。
子程序調(diào)用與返回指令是一種特殊的轉(zhuǎn)移指令，二者要配合使用。子程序又分為用戶自己編寫的子程序和軟件提供的子程序，對后者的訪問又被稱為訪問系統(tǒng)程序（訪管）指令、陷阱（TRAP）指令。

5、特權(quán)指令
用于操作系統(tǒng)或其他系統(tǒng)軟件的指令，一般不提供給用戶使用。

6、其他指令

四、關(guān)于操作數(shù)的來源、去處
1、CPU內(nèi)部的通用寄存器：例如 MOVE R2，R1

2、外設(shè)接口中的寄存器：例如 IN PORT