一、机器指令
每一条 机器语言 的指令叫 机器指令
全部机器指令的 集合 叫机器的 指令系统
指令由 操作码 和 地址码 组成，指令字长 与操作码长度、操作数地址长度、操作数地址个数有关。
- 操作码：指明该指令要完成的操作、对什么类型的数据进行操作（有的指令系统还在此处说明了操作数的寻址方式），其长度可以固定，也可变化，操作码位数随地址数减少而增加。
- 地址码：指出指令操作数地址、结果地址、下一条指令地址。
注：
- 操作吗并非一定如上图所示，集中在一个区域，可以分散在指令不同字段中。
- 使用频率高的指令用短操作码，使用频率低的用长操作码，可缩短编译时间
（1）四地址指令
格式：
在执行过程中，访存 4 次，指令直接寻址范围太小
由于程序计数器 PC 有计数功能，可自动形成下一条指令地址，故可得三地址指令。
（2）三地址指令
格式：
在执行过程中，访存 4 次。
若将中间计算结果放入 CPU 寄存器中（而不放入主存），则可省去结果地址，得到二地址指令。
（3）二地址指令
格式：
在执行过程中，访存 3 次。
若将一位操作数直接放于运算器 ACC 中，则得到一地址指令。
（4）一地址指令
格式：
在执行过程中，访存 2 次。
（5）零地址指令
无地址码，如 进栈出栈指令。
二、操作数类型和操作类型
1.操作数类型
- 地址：无符号整数
- 数字：定点数、浮点数、十进制数
- 字符：ASCII
- 逻辑数据
2.数据存放方式
- 任意位置开始：浪费存储空间，访存时间短
- 每次从一个字起始位置开始
- 按“边界对准”存储：从地址整数倍位置开始访问。如下图：
3.操作类型
- 数据传送
- 算数逻辑运算
- 移位：分算术移位、逻辑移位、循环移位
- 转移
- 输入输出（对于 I/O 单独编址的计算机，才有输入输出指令）
- 其他：如等待指令、停机指令等
转移：
分无条件转移、条件转移、调用与返回、陷阱与陷阱指令
- 调用与返回指令通常配合使用
- 陷阱指令通常不提供给用户，作为隐指令，在有意外故障时由 CPU 自动产生并执行。
三、寻址方式
寻址方式指确定本条指令的数据地址，以及下一条指令的地址的方法。
分为：
- 指令寻址
- 数据寻址
1.指令寻址
- 顺序寻址：PC 自动加 1 ，形成下一条指令地址（注意，此处 “1”的含义，若指令字长 32 字节，存储单元 8 字节，则此时 PC+4）
- 跳跃寻址：由转移指令指出
2.数据寻址
（1）立即寻址
特点：形式地址 A 不是地址，而是操作数本身，又称为立即数。
执行阶段不必访存。
（2）直接寻址
特点：形式地址 A 就是有效地址
执行阶段只访存 1 次，但是必须通过修改 A 的值才可修改操作数地址。
（3）隐含寻址
特点：指令字中补明显给出操作数地址，地址隐含于操作码或某个寄存器。
其中，寻址特征部分为隐含寻址，A 为直接寻址。
有利于缩短指令字长。
（4）间接寻址
分为一次间址（如上图）、多次间址（A 所指的还不是最终地址）。
扩大了操作数寻址范围，利于编址程序，缺点为访存时间长。
（5）寄存器（直接）寻址
A 为寄存器编号，操作数在 A 所指寄存器中。
执行时无需访存，执行时间短。
（6）寄存器间接寻址
A 为寄存器编号， A 所指寄存器中存有效地址。
执行阶段仍需访存，便于编写循环程序。
（7）基址寻址
采用专门寄存器做基址寄存器，有效地址 EA = 基址寄存器 BR 中地址 + A
（8）变址寻址
有效地址 EA = 变址寄存器 IX 中地址 + A
与基址寻址不同：
- 基址寄存器的内容由操作系统、管理程序确定，A 可变。
- 变址寄存器内容由用户确定，A 不可变。，主要用于处理数组问题。
（9）相对寻址
其有效地址为程序计数器 PC 中的地址，与指令字中的形式地址 A 相加而得。
（10）堆栈寻址
堆栈寻址指令字中没有形式代码字段，属于零地址指令。
四、RISC 技术
- RISC 精简指令系统计算机
- CISC 复杂指令系统计算机
本文中图片除第一张外均为刘宏伟教授在中国大学MOOC上的课件截图
