计算机组成原理指令格式例题(计算机组成原理 指令)

命令格式

1、指令基本格式

计算机通过执行指令来处理各种数据。为了表明数据的来源、运算结果的目的地以及所执行的操作，一条指令必须包含以下信息：

(1)操作码，规定操作的性质和功能。

(2) 操作数的地址。

(3) 运算结果的存储地址。

(4)下一条指令的地址。

从上面的分析我们可以知道，一条指令实际上包含两种信息，即操作码和地址码。

操作码用来表示指令要完成的运算（如加、减、乘、除、数据传送等）。它的长度取决于指令系统中指令的数量。

地址码用于描述指令的操作数，要么直接给出操作数，要么指出操作数的内存地址或寄存器地址（即寄存器名称）。

2. 定长操作码指令格式

1) 零地址指令

OPCODE—— 操作码

指令中只有操作码，没有操作数或操作数地址。该指令有两种可能性：

(1)不需要操作数，如无操作指令、停止指令等。

(2)所需操作数为默认值。例如，在栈结构计算机的操作指令中，所需的操作数默认在栈上，由栈指针SP隐式指出，运算结果仍然放回栈中。再如Intel 8086的字符串处理指令，源操作数和目的操作数默认分别位于源变址寄存器SI和目的变址寄存器DI指定的内存单元中。

2）1条地址指令

OPCODE—— 操作码

A—— 操作数的内存地址或寄存器名称

指令中只给出一个地址，既是操作数的地址，又是运算结果的存储地址。加1、减1、移位等单操作数指令均采用这种格式。对该地址指定的操作数进行相应的运算后，结果存回该地址。

在一些字长较短的微型计算机（如早期的Z80、Intel8080、MC6800等）中，大多数算术逻辑指令也采用这种格式。第一个源操作数由地址码A给出，第二个源操作数在一个默认寄存器中，运算结果仍然返回到这个寄存器，替换原来的寄存器内容。该寄存器通常称为累加器。

3）两条地址指令

OPCODE—— 操作码

A1—— 第一个源操作数的内存地址或寄存器地址。

A2—— 第二个源操作数和存储运算结果的内存地址或寄存器地址。

这是最常见的指令格式。这两个地址分别指向两个源操作数地址，其中之一也是存储结果的目的地址。对两个源操作数执行操作码指定的操作后，结果存储到目的地址，在本例中是A2指定的地址。

4）三个地址指令

OPCODE—— 操作码

A1—— 第一个源操作数的内存地址或寄存器地址

A2—— 第二个源操作数的内存地址或寄存器地址

A3—— 运算结果的内存地址或寄存器地址

该操作是对A1和A2指定的两个源操作数执行操作码（OPCODE）指定的运算，结果存放在A3中。

5）多地址指令

在一些性能较好的大中型计算机甚至高端小型机中，往往存在一些处理批量数据的强大指令，如字符串处理指令、向量和矩阵运算指令等。

为了描述一批数据，指令中需要多个地址来表示数据存储的首地址、长度和下标。

3.扩展操作码指令格式

假设某台机器的指令长度为16位，包括1个4位基本操作码字段和3个4位地址字段。格式如下：

操作码(4) A1(4) A2(4) A3(4)

4 位基本操作码有16 个代码点（即有16 种组合）。如果全部用来表示三地址指令，则只有16条。但是，如果只有15条三地址指令，15条二地址指令，15条一地址指令，16条零地址指令，则总共有61条指令，操作码应该如何排列？

显然，只有4位基本操作码是不够的，必须将操作码的长度扩展到地址码字段。

一种可扩展的方法和步骤如下：

(1) 15条三地址指令的操作码由0000到1110的4位基本操作码给出，剩下的码点1111用于将操作码扩展到A1，即4位为扩展到8位；

(2) 15条二地址指令的操作码由11110000到11111110的8位操作码给出，剩下的码点11111111用来将操作码扩展到A2，即从8位扩展到12位位；

(3) 15条单地址指令的操作码由从111111110000到111111111111的12位操作码给出，剩下的码点111111111111用于将操作码扩展到A3，即从12位扩展到16位；

(4) 16条零地址指令的操作码由从1111111111110000到1111111111111111的16位操作码给出。

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