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  • 2019-04-20 21:27:11

    在这里插入图片描述
    一条指令执行需经过取指,译码,执行,回写四个步骤。

    取指 :PC —》MAR—》地址译码器

    同时:CPU控制器通过控制电路的控制总线–》控制逻辑read

    然后地址译码器读出PC0001对应的存储单元,10101010

    通过MDR数据总线到CPU的MDR中,MDR通过内部总线到IR

    IR通过指令译码读出10101010对应的是 ADD R0 [6]

    R0在寄存器中,[6]的取指过程和PC一样,取出对应的存储单元为00000010

    R0取出的值通过内部总线到运算器的X 即 00000011

    【6】对应 Y 即 00000010 运算器执行加法运算,将结果输出Z ,

    Z通过内部总线将结果更新到R0中,至此,一条指令完成。同时PC会自增1,继续
    执行下一条指令。

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  • 计算机组成原理——指令格式

    万次阅读 多人点赞 2019-06-01 02:24:00
    为了指出数据的来源、操作结果的去向及所执行的操作,一条指令必须包含下列信息: (1)操作码(OP),具体说明了操作的性质及功能 (2)第一操作数的地址A1A_{1}A1​ (3)第二操作数的地址A2A_{2}A2​ (4)操作结果存放...

    计算机是通过执行指令来处理各种数据的。为了指出数据的来源、操作结果的去向及所执行的操作,一条指令必须包含下列信息:

    (1)操作码(OP),具体说明了操作的性质及功能
    (2)第一操作数的地址 A 1 A_{1} A1
    (3)第二操作数的地址 A 2 A_{2} A2
    (4)操作结果存放地址 A 3 A_{3} A3
    (5)下一条将要执行指令的地址 A 4 A_{4} A4

    由上可得,一条指令包括两种信息:操作码,地址码

    操作码地址码

    此外补充一下其他知识:
    字长:计算机在单位时间内(同一时间)能一次处理一组二进制数的位数,决定了计算机的运算精度和一次处理能力。其中包含了CPU、寄存器、Data bus等能够一次传输数据的能力

    字节:1Byte=8bit

    地址码长度(操作数):地址码的位数,存储器可以按字长存储单元或字节存储单元编址,地址码的位数可以寻 2 N 2^{N} 2N个存储单元地址。所以地址码长度决定了指令的直接寻址能力。

    指令长度:操作码长度+操作数地址码长度+操作数地址个数。指令长度和字长没有固定的联系

    一、定长编码指令格式
    这是最简单的一种编码方法。操作码字段的位数和位置固定,为能够表示整个指令系统中的全部指令,指令的操作码字段应当具有足够的位数。
    设指令系统共有m条指令,指令中操作码字段的位数为N位,则满足
    m<= 2 N 2^{N} 2N
    在这里插入图片描述
    上图为IBM370机的指令格式

    二、变长编码指令格式
    变长编码的操作码字段位数是不固定的,且分散地放在指令字的不同位置上。
    在这里插入图片描述
    上图为PDP-11机的指令格式图(PPT里截的图)


    下面放一道例题来熟悉一下这两种编码方式的应用

    例:设某计算机字长16位,欲使设计的指令系统有零地址指令16条,一地址指令有15条,二地址指令有15条,三地址指令有15条,设每个地址码字段为4位,应如何设计?

    解法一、定长操作码解法

    共需要满足15+15+15+16=61条指令

    2 6 2^{6} 26=64>61

    所以操作码长度为6位
    零地址指令长度6位
    一地址指令长度10位
    二地址指令长度14位
    三地址指令长度18位

    若要求指令字长为字节的整数倍,则
    零地址指令长度8位
    一地址指令长度16位
    二地址指令长度16位
    三地址指令长度24位

    解法二、操作码扩展技术解法

    2 4 2^{4} 24=16>15

    指令格式为在这里插入图片描述
    各个字段均为4位,指令长度16位。
    (1)把4位操作码的编码0000~1110作为15条三地址指令的操作码,1111作为扩展窗口把操作码扩展到 A 1 A_{1} A1

    (2)8位操作码编码1111 0000~1111 1110作为15条二地址指令,1111 1111作为扩展窗口把操作码扩展到 A 2 A_{2} A2

    (3)12位操作码编码1111 1111 0000~1111 1111 1110作为15条一地址指令,1111 1111 1111作为扩展窗口把操作码扩展到 A 3 A_{3} A3

    (4)最后16位操作码编码1111 1111 1111 0000~1111 1111 1111 1111作为16条零地址指令。

    PS:操作码扩展法即在4位二进制表示的16个码点中,用前15个(0000开始到1110)来表示最常用指令的操作码,剩余的一个码字(1111)作为扩展窗口把操作码扩展到下一个4位。下一个4位表示的16个码字按照同样的原则处理和扩展。

    展开全文
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    首先介绍一下 指令格式。
    我们必须了解什么是指令?
    汇编语言的程序是不能直接执行的 必须转换为机器指令才能执行。所以指令就相当于软硬件的交界面。而指令系统是一台计算机的所有指令的集合构成该机的指令系统,也称为指令集。
    指令的基本格式 是由操作码字段(符号表示为OP)和地址码字段(符号表示为A)构成,指令字长就是整条指令的长度。
    这个是指令的基本格式 由操作码和地址码构成,操作码是可变和固定的。
    按照地址码的数目,我们又可以把指令分成不同的指令,
    一个典型的4地址码的指令

    18542090-71e87500113ca435.png
    image.png

    你可以把它想象成加法,(A1)OP(A2)->A3 A4下一条指令的位置

    但是这样做有诸多不利之处,因为我们每个地址只有6位,所以它只能表示2^6=64寻址范围是一个非常小的数字,对于主存来说是不能接受的

    用PC代表A4 就是三地址指令了
    如果把计算出来的结果存在A1或者A2中 就是二地址指令

    那么一地址 就是我们只对A1操作 然后结果存到A1
    无地址指令 一般是空操作,停机,中断等

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    (截图来自MOOC平台华中科技大学计算机组成原理课程)

    (如果本文内容有不理解的地方,可以参考我之前的关于寻址方式的两篇文章)

    操作码字段的位数要根据需要执行的操作数量来确定;寻址方式字段的位数根据支持的寻址方式数量确定;地址码字段位数根据需要访存的空间的大小来确定。

    60种操作——操作码字段6位;

    8种寻址方式——寻址方式字段3位;

    操作数2K范围——地址码字段位数11位;

    保存结果1K范围——地址码字段10位。

    80种操作——操作码字段7位;

    4种寻址方式——寻址方式字段2位。

    (这里的各种寻址方式在上一篇文章操作数寻址方式中有详细介绍)

    字长16位,每个地址码6位,那么二地址指令中操作码位数为4,对应的二地址指令为16,满足15条的要求。

    而一地址指令为34条,此时4位操作码就无法满足需要,而需要向A1扩展。

    将OP的第16条没用上的指令1111作为扩展标识,那么加上扩展的A1,指令编码的全集为:1111-000000 —— 1111-111111,一共是2^6=64条,一地址指令用去34条,还剩30条。

    对于零地址指令,再讲A2作为扩展位。那么通过和一地址指令中剩下的30中情况进行组合,那么一共有30*2^6条零地址指令。

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一条计算机指令的格式