【计算机组成原理】指令系统
作者：互联网
一、指令格式
指令：操作码字段 地址码字段
指令字（简称指令）：表示一条指令的机器字。
指令格式：是指令自用二进制代码表示的结构形式，由操作码字段和地址码字段组成。
操作码字段：表征指令的操作特性与功能 （指令的唯一标识） 不同的指令操作码不能相同
地址码字段：指定参与操作的操作数的地址码
二、操作码分类
操作码可以分为固定长度的代码和可变长度的代码
1、固定长度的代码
多有指令操作码的长度相等
例如：某计算机共有64条指令，采用固定长度操作码，需要6位编码，从000000~111111 2的6次方为64
优点:编码方法简单，便于指令的译码
确定：不方便指令系统中增加新的指令（扩展不方便）
2、可变长度的代码
不等长的指令操作码可以减小操作码的平均长度，提高指令编码的效率，从指令的扩展性来看，也希望操作码长度可变。
例如：设某台计算机有100条指令，要求：
1）采用固定长度操作码编码，请设计其操作码编码
2）假设这100条指令中有10条指令的使用改了达到90%。其余90条指令的使用概率达到10%，请采用不定长编码设计一种操作码编码的方案，并求出操作码的平均长度（常用指令用短编码 不常用指令用长编码）
答、1）采用固定长度操作码编码，需要7位操作码，取其中100个代码作为操作码 0000000~1100011之间的代码代表100条指令（长度为7）
其余的1100100~1111111共28个代码可用于增加新的操作码
2）采用不固定长度的操作码编码，可以用4位代码对10条指令进行编码，用8位代码对90条指令进行编码
0000~1001对应10条常用的指令，从未使用的1010~1111的代码后面扩展4位
10100000~10101111 16个
10110000~10111111 16个
11000000~11001111 16个
11010000~11011111 16个
11100000~11101111 16个
11110000~11111001 10个
已上的1010 ，0000~1111,1001之间的90个代码表示其余90条指令
指令操作码的平均长度为：
4*90%+8*10%=4.4 小于等长编码的7位
剩余的编码11111010~1111111（6个）可用于操作码长度的进一步的扩展
例：设有一台简单计算机的指令系统共有10条指令，各指令的使用频率如下：
11 20% 12 12% 13 11% 14 15% 15 8% 16 3% 17 2% 18 18% 19 10% 110 1%
1）用霍夫曼编码设计这10条指令的操作码，并计算操作码的平均长度
2）设计只有2中长度，且平均长度不大于3.20位的等长扩展操作码，并计算操作码的平均长度
答：1）霍夫曼树为
霍夫曼编码结果如：（左支代表0 右支代表1 从最后边0.20开始霍夫曼编码如下）
11 011 010 001 101 100 0001 00001 000001 000000
平均长度：3.03 =2*0.2+3*-.18+3*0.15+....
2)一种设计方案是取3位和4位两种长度，如000 001 010 011 100 101 1100 1101 1110 1111
平均长度为3.14
3位可以表示8种编码，我们选取7个来表示三位编码，还剩4个需要扩展 也就是需要2位
另一种设计方案是选择3和5两种长度，如：000 001 010 011 100 101 110 11100 11101 11110
平均长度为3.12
选取3位表示7个 然后固定前3位为111 扩展2位 2的2次方就是4>3 也满足
三、地址码
指令中指定操作数存储位置的字段称为地址码，地址码中可以包含存储器地址。也可包含寄存器编号。
指令中可以有一个、两个或者三个操作数，也可没有操作数，根据一条指令有几个操作数地址，可将指令分为零地址指令。一地址指令、二地址指令、三地址指令。4个地址码的指令很少被使用。
| 操作码字段 | 地址码 | |||
| 操作码 | A1 | A2 | A3 | 三指令地址 |
| 操作码 | A1 | A2 | 二指令地址 | |
| 操作码 | A1 | 一指令地址 | ||
| 操作码 | 零指令地址 | |||
零地址指令：只有操作码，没有地址码（空操作 停止等）
一地址指令：指令编码中只有一个地址码，指出了参加操作的一个操作数的存储位置，如果还有另一个操作数则隐含在累加器中
eg: INC AL
INC [S1]
二地址指令：指令编码中有两个地址，分别指出了参加操作的两个操作数的存储位置，结果存储在其中一个地址中
（op a1,a2:a1 op a2 a1）
eg: MOV AL ,BL
ADD AL,30
三地址指令：指令编码中有3个地址码，指出了参加操作的两个操作数的存储位置和一个结果的地址
（op a1,a2,a3: a1 op a2 a3）
二地址指令格式中，从操作数的物理位置来说有可归为三种类型
寄存器-寄存器（RR）型指令：需要多个通用寄存器或个别专用寄存器，从寄存器中取操作数，把操作结果放入另一个寄存器，机器执行寄存器-寄存器型的指令非常快，不需要访存。
寄存器-存储器（RS）型指令：执行此类指令时，既要访问内存单元，又要访问寄存器。
标签：编码,指令系统,计算机,地址,地址码,操作码,指令,长度,原理 来源： https://www.cnblogs.com/dream-to-pku/p/11597028.html