1.指令格式

1.1.指令的基本格式

1.操作码：干什么；地址码：对象

2.零地址指令：没有操作数或者操作数隐含

3.一地址指令：单操作数或者双操作数中一个隐含一个给出

4. 二三地址指令：区别在于运算的结果写入位置

5.四地址指令：除最后一步需要跳转指令地址外，跟三地址指令相同

7.在指令总长度不变的情况下，地址码个数越多，寻址能力越差（每个地址码的个数更少）

1.1.2.按指令长度分类

指令字长可能会发成变化，但是机器字长、存储字长不变

1.1.3.按操作码长度分类

1.1.4.按操作类型分类

转移类指令将会导致PC（下一跳指令的地址）的值发生改变

1.2.扩展操作码指令格式

扩展操作码指令格式：定长指令字结构 + 可变长操作码（不同地址数的指令使用不同长度的操作码）

设地址长度为n，上一层留出m种状态，下一层可以扩展出m * 2 ^ n种状态

该扩展操作码方法下，每个地址/操作数都需要保留某些特定二进制数用于CPU判断是哪一种指令

①15条三地址指令，至少需要4位表示，使用0000 - 1110，剩余1111

②12条二地址指令，至少需要4位表示，使用0000 - 1011，剩余1100、1101、1110、1111

③62条一地址指令，至少需要6位表示，但是加上②中所剩余的四个地址，4 * 4位的方式可以表示64条指令，剩余1110 - 1111

④32条零地址指令，至少需要5位表示，但是加上③中所剩余的两个地址，2 * 4位的方式可以表示32条指令

CPU会读入这16位指令（0-15位）：

①判断0-3位是否为全1，非全1则是三地址指令，全1则进行②

②判断4-5位是否为全1，非全1则是二地址指令，全1则进行③

③判断6-10位是否为全1，非全1则是一地址指令，全1则为零地址指令

2.指令的寻址方式

2.1.指令寻址

PC：指明下一条指令的存放地址

2.1.1.顺序寻址

下一条指令的地址：（PC）+ “1”→PC（1为指令字长）

1.当前指令被取出时，PC进行+1操作

2.PC+1操作是根据不同的场合加不同的1（定长指令）：

①设字长为16位，按字编址时，每个字都刚好存放一个指令，因此，PC + 1

②设字长为16位，按字节编址时，每两个字节存放一个地址，因此，PC + 2

3.变长指令：无法预估指令长度，可能需要多次访存，每次读入一个字

设字长为16位，按字节编址

①读入一个完整的字，根据操作码判断这条指令的总字节数 n

②若这条指令的长度＞字长，则读入剩余指令，并且PC + n

③若这条指令的长度 = 字长，则PC + 2

2.1.2.跳跃寻址

由转移指令给出

1.当取出转移指令后，PC还是会先进行 PC + 1的操作

2.当执行转移指令时，PC的内容将会被转移指令所改变

2.2.数据寻址

2.2.1.六种寻址

1.确定本条指令的地址码指明的真实地址

2.指令增加寻址特征位，用于判断该如何解读形式地址（A）的含义，从而得到有效地址（EA）

①直接寻址：

Ⅰ访存：取指令1次，取A中的地址1次

Ⅱ缺点：寻址范围不能扩展（形式地址位数有限）；当操作数的地址发生改变时，指令失效（仍然指向改变前的地址）

②间接寻址：

Ⅰ访存：取指令1次，取A中EA的地址1次，找到EA中的地址1次（一次间接两次寻址）

可以进行多次间接寻址，当开头第一位为1时，说明该地址存储的地址仍然不是最终的有效地址；当开头第一位为0时，说明该地址存储的地址为最终的有效地址

Ⅱ优点：主存中EA的位数可以远大于形式地址的长度；函数之间可以相互调用，方便返回

Ⅲ缺点：多次访存导致效率降低

③寄存器寻址：

Ⅰ访存：取指令1次，执行指令时，访问的是寄存器

Ⅱ优点：速度快（执行指令无需再次访存）、指令短（寄存器个数少）

④寄存器间接寻址：

Ⅰ访存：取指令1次，取出寄存器存放的主存地址EA 0次，取出主存EA中存放的地址1次

Ⅱ优点：比一般间接寻址快（EA存放在寄存器中，取出无需访存）

⑤隐含寻址：

⑥立即寻址：  访存：仅取指令一次，无需再次访存寄存器/主存

2.2.2.偏移寻址

1.偏移寻址包括基址寻址、变址寻址和相对寻址

2.三者都是经过偏移量寻址，区别在于起点的不同

3.都仅需访存一次

①基址寻址（基址寄存器（BR）Base Address Register））：EA = （BR）+ A（多道程序）

1.基址寄存器中存放的是当前程序的首地址（基地址，运行中基址寄存器中的内容不变，形式地址作为偏移量可变）

2.基址寄存器可以是专用，也可以是指定一个通用寄存器（需要在指令中指明是哪个通用寄存器）

3.便于程序浮动（整段程序在内存中的浮动），多道程序并发运行（仅需修改基址寄存器的内容实现正确寻址，相较于直接寻址，直接寻址需要修改每条指令的地址）；可以增加寻址范围（基址寄存器的位数大于形式地址位数，但由于形式地址决定偏移量，因此偏移量有限）

4.基址寄存器面向操作系统（用户可以决定使用哪个基址寄存器，但内容由操作系统决定）

②变址寻址（IX——index register）：EA = （IX）+ A（数组、循环程序）

1.变址寄存器中的内容（可变）作为偏移量，形式地址A（不变）作为基地址（与基址寻址刚好相反）：可以通过不断的改变变址寄存器中的内容，访问数组中的元素，因此适合循环程序

2.变址寄存器可以是专用，也可以是指定一个通用寄存器（需要在指令中指明是哪个通用寄存器）

3.变址寄存器面向用户（用户可以修改变址寄存器的内容）

4.变址寄存器的作用：

采用直接寻址的方式：每进行一轮循环都需要一条相应的直接寻址指令

采用变址寻址的方式：通过改变IX的内容（用比较的IX内容的方式）循环执行程序

③相对寻址（转移指令）

1.PC的内容加上指令中形式地址A形成操作数的有效地址，即EA = （PC）+ A（A为相对于PC的偏移量，正负都可，用补码表示）

2.PC在取出使用相对寻址的指令时，就会进行+ “1”操作，即相对寻址是相对于下一条指令的存放地址的偏移量

3.优点：无论代码被放在什么位置，都不用更改跳转指令的地址码（若使用直接寻址的方式，则每次都需要更改）便于程序浮动（一段代码在程序内部浮动），广泛被用于转移类指令

2.2.3.堆栈寻址

1.操作数存放在堆栈中，隐含使用堆栈指针（SP：Stack Pointer）作为操作数地址

2.堆栈指针存在专门的寄存器中，其指向栈顶元素

3.堆栈两种实现方式：

①专用寄存器：不同情况下对SP的操作顺序和操作方式不同（参考数据结构栈），取指令需访存，执行指令无需访存

②主存中开辟堆栈空间：每次操作都需要进行访存