r## 4.1指令系统的发展与性能要求
4.1.1指令系统的发展
计算机的程序是由一系列的机器指令组成的。指令就是计算机执行某种操作的命令。从计算机组成的层次结构来说，计算机指令分为：微指令、机器指令和宏指令。
微指令：微程序级命令，属于硬件
宏指令：由若干机器指令组成的软件指令，属于软件
机器指令：介于两者之间，简称指令，每一条指令可完成一个独立的算术运算或逻辑运算操作。
指令系统（指令集）：一台计算机中所有机器指令的集合。表现计算机性能，格式与功能不仅影响机器的硬件结构，还有系统软件；指令是一台计算机的硬件与低层软件的接口
系列计算机：基本指令系统相同、基本体系结构相同的一列计算机。时间和器件不同，结构性能上有差距。
CISC：复杂指令系统计算机，研制周期长，大量指令利用率低
RISC：精简指令系统计算机，
4.1.2指令系统的性能要求
完备性：用汇编语言编写程序是，指令系统提供的指令足够使用，不需要用软件实现。
有效性：用指令系统编写的程序能高效率的运行，一般说功能强、指令系统完善其有效性就会更好
规整性：对称性、匀齐性、指令格式和数据格式的一致性。
对称性：指令系统中所有的寄存器和存储器单元都可同等对待，
所有的指令都可使用各种寻址方式
匀齐性：一种操作性质的指令可以支持多种数据类型，如算术运算：
支持字节、字、十进制、单双浮点。
指令格式和数据格式的一致性：指令长度和数据长度有一定关系，
一方便处理和存取。如：指令长度和数据长度通常是字节长度的整数倍。
兼容性：计算机间基本结构和基本指令系统相同，只能“向上兼容”
4.1.3 低级语言与硬件结构的关系
汇编语言依赖于计算机的硬件结构和指令系统。
高级语言不依赖
4.2指令格式
指令字：机器指令使用机器字来表示的，一条指令的机器字就是指令字，称指令
格式：
操作码字段OP | 地址码字段A
4.2.1操作码
指令的操作码OP表示该指令应进行什么性质的操作，指令不同操作码字段的编码不同，一种编码代表一种指令；001 加法 110 取整
指令系统的规模决定了操作码字段的位数： 2的n次方个指令表示需要n个操作码
4.2.2地址码
根据一条指令中操作数地址个数不同，可将其分为几地址指令。
1） 零地址指令
2）一地址指令：只有一个地址码，指定一个操作数，另一个操作数地址是隐含的。
AC<—（AC）OP（A）
op表示操作性质，如加、减、乘除
(AC)表示累加寄存器AC中的数
（A）表示内存中地址为A的存储单元中的数，或运算器中地址为A的通用寄存器中的数；
<—：表示把操作结果传送到指定的地方。
注意：地址码字段A指明的是操作数的地址，而不是操作数本身
3）二地址指令（双操作数指令）：地址段A1和A2，分别指明参与操作的两个数在内存中或运算器中通用寄存器的地址，A1兼作存放操作结果的地址。数学含义：
A1<-----（A1）op(A2)
操作数的物理位置有分为三种类型：
存储器存储器型指令（SS）：访问内存的指令格式，从内存一个单元取出放入另内存一个单元
寄存器寄存器（RR）：机器执行指令时，需要多个通用寄存器或个别专用
从一个到另一个，执行速度快，不需要访问内存
寄存器-存储器（RS）：访问内存单元和寄存器
4）三地址指令 操作数地址：A1，A2，A3 数学含义：
A1 <—（A1）OP（A2）
A1为被操作数地址，源操作数地址
A2操作数地址，终点操作数地址
A3存放操作结果的地址。
这三种通常指定为运算器中通用寄存器的地址，目的：加快指令执行速度。
4.2.3指令字长度
指令字长度：一个指令中包含二进制代码的位数
机器字长：计算机能直接处理的二进制数据的位数，决定了计算机的运算精度。与主存单元的位数一致。
单字长指令：指令字长度等于机器字长度的指令
半字长指令：
双字长指令：
4.2.4指令助记符
4.2.5 指令格式举例
1.八位微型计算机的指令格式
单字长指令： 操作码
双字长指令： 操作码 操作数地址
三字长指令： 操作码 操作数地址1 操作数地址2
双或三字长指令包含操作码和地址码，由于内存按字节编址，所以但字长指令每执行一条指令后，指令地址+1，双或三字指令每执行一条指令时，必须从内存连续读2或3个字节代码，所以指令地址要+2或+3，多字节指令不利于提高机器速度。
2.MIPS R4000指令格式
字长32位，字节寻址。 指令数量少，通用寄存器32个，算术指令格式：
OP rs rt rd shamt funct R型
OP字段—操作码，指定一条指令的基本操作 6位
rs字段–指定第一个源操作数寄存器，最多有32个寄存器 5位
rt字段----指定第2个源操作数寄存器，最多有32个寄存器 5位
rd字段—指定存放操作结果的目的数寄存器，最多32 5位
shamt字段------ 移位值，用于移位指令 5位
funct字段----函数码，指定R型指令的特定操作
在MIPS中所有算术运算，数据必须放在通用寄存器中，
访问存储器（取数或存数）需要使用数据传送指令。此时的指令格式称为I型（立即数）指令，格式：
OP rs rt 常数或地址（address） I型
6为 5位 5位 16位
16位字段address提供取字指令（IW），存字指令（SW）访问存储器的基值地址码（位移量）
保持指令格式基本一致可降低硬件复杂程度，例如：R与I前3个字段长度相等，名称一样；I型格式第四个字段与R型后三个字段的长度相等。
3.ARM的指令格式
ARM是字长32位的嵌入式处理机，
4.Pentium指令格式
4.3 操作数类型
4.4 指令和数据的寻址方式
存储器既可以用来存放数据、又可以用来存放指令，当某个操作数或某条指令存放在某个存储单元时，存储单元的编号，就是该操作数或指令在存储器中的地址。
在存储器中，操作数或指令字写入或独处方式：地址指定方式、相联存储方式、堆栈存取方式。
计算机在内存中采用地址指定方式。此时形成操作数或指令地址的方式，称为寻址方式。 寻址方式分为：指令寻址方式和数据寻址方式，
冯诺依曼结构计算机中，内存中指令的寻址和数据的寻址交替进行
哈佛型计算机这指令和数据寻址是分开的。
- 这两者那种好呢？都是啥意思呢？
4.4.1指令的寻址方式
1.顺序寻址方式（PC实现）
由于指令地址在内存中按顺序安排，从存储器取出一条指令，执行，接着重复这种顺序执行过程。使用程序计数器（PC）来计数指令的顺序号，该顺序号就是指令在内存中的地址。
2.跳跃寻址方式（由程序来实现）
程序计数器：存放下一条要存储指令的地址，
本条指令给出下条指令的地址。
4.4.2操作数基本寻址方式
定义：形成操作数的有效存储地址的方法。
1.隐含寻址
在指令中隐含着操作数的地址
2.立即寻址
指令的地址字段指出的不是操作数的地址，而是操作数本身
3.直接寻址
操作数的地址直接给出而不需要经过某种变换。
特点：在指令格式的地址字段中直接指出操作数在内存的地址A。
4.间接寻址
相对于直接寻址而言的，指令地址字段中的形式地址A不是操作数D的真正地址，而是操作数地址的知识器
5.寄存器寻址
当操作数不在内存中，而是在CPU的通用寄存器中时，可采用寄存器寻址方式。
6.寄存器间接寻址
指令格式中的寄存器内容不是操作数，而是操作数的地址，该地址指明的操作数在内存中。
7.偏移寻址
直接寻址和寄存器间接寻址方式的结合
相对寻址：隐含引用的专用寄存器是程序计数器（PC），即EA=A+（PC），它是当前PC的内容加上指令地址字段中A的值。
基址寻址：被引用的专用寄存器含有一个存储器地址，地址字段含有一个相对于该地址的偏移量
变址寻址：地址域引用一个主存地址，被引用的专用寄存器含有对那个地址的正偏移量（为了重复操作的完成提供一种高效机制）
8.段寻址