7.2指令系统设计

1.操作数和寻址方式

数据类型

• 地址（指针）：无符号整数，寄存器编号
• 数值数据
  • 定点数：一般二进制补码
  • 浮点数：IEEE754标准
  • 十进制数：NBCD码
• 位、位串、字符、字符串
  用来表示文本、声音、图像
• 逻辑（布尔）数据

操作数存放在寄存器或内存单元中，也可以立即数的方式直接出现在指令中

寻址方式

• 寻址方式：指令或操作数地址的指定方式

• 地址码编码由操作数的寻址方式决定

• 指令的寻址——简单

  • 正常：PC增值
  • 跳转（jump、branch、call、return）：与操作数的寻址相同

• 操作数寻址——复杂

  • 操作数来源：寄存器、栈顶、IO端口
  • 操作数结构

• 寻址方式的确定

  • 没有专门的寻址方式位（由操作码确定）
  • 有专门的寻址方式位

• 有效地址的含义（存放在内存中才涉及）

  • 操作数所在存储单元的地址
  • 可通过指令的寻址方式和地址码算出有效地址

基本寻址方式

A = 地址字段值 R = 寄存器编号 EA = 有效地址 （X）= X中的内容

1. 立即数
2. 直接
3. 间接
4. 寄存器直接
5. 寄存器间接
6. 偏移：EA = A + (R)
   • 相对寻址：指令地址码给出一个偏移量（带符号数），基准地址R隐含由PC给出：EA = (PC) + A
     可用来实现程序的浮动或指定转移目标地址
   • 基址寻址：基址地址R明显或隐含由基址寄存器B给出：EA = (B) + A
   • 变址寻址：指令地址码给出一个基准地址，偏移量是无符号数，由R明显或隐含由变址寄存器I给出：
     EA = (I) + A
     可用于数组寻址
7. 栈

2.操作类型和操作码编码

• 操作码编码
  • 定长操作码法
  • 扩展操作码编法
• instructions size
  • 代码长度更重要时：采用变长指令字、变长操作码
  • 性能更重要时：采用定长指令字、定长操作码
• 下一条指令
  • 正常情况隐含在PC中——顺序执行
  • 改变顺序时由指令给出
    • 指令中显示给出“下条指令地址”
    • 条件转移指令：根据Condition Codes转移

3.标志信息的生成与使用

4.指令系统风格

• 累加器型指令系统
• 栈型指令系统
• 通用寄存器型指令系统（CISC）
• Load/Store型指令系统（RISC）

5.异常和中断处理

• 中断：CPU终止原来正在执行的程序，转到处理异常情况或特殊事件的程序去执行，结束后再返回断点继续执行

• 内部异常：CPU内部发生的意外事件或特殊事件

  • 硬故障中断：电源断电等
  • 程序性中断：溢出、非法指令、除数为0等

• 外部中断：通过中断请求信号向CPU发出请求

  • 如打印机缺纸等