指令系统
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知识难度:
考试要求: 掌握     
知识路径:  > 计算机系统基础知识  > 计算机硬件基础知识  > 计算机系统的组成、体系结构分类及特性  > 计算机体系结构的发展


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       指令系统指的是一个CPU所能够处理的全部指令的集合,是一个CPU的根本属性。一条指令一般包括两个部分,即操作码和地址码。操作码指明操作的类型,地址码主要指明操作数及运算结果存放的地址。
       1)寻址方式
       表示指令中操作数所在的方法称为寻址方式。常见的寻址方式有以下几种。
       (1)立即寻址:操作数作为指令的一部分而直接写在指令中,这种操作数称为立即数。
       (2)寄存器寻址:指令所要的操作数已存储在某寄存器中,或把目标操作数存入寄存器。
       (3)直接寻址:指令所要的操作数存放在内存中,在指令中直接给出该操作数的有效地址。
       (4)寄存器间接寻址:操作数在存储器中,操作数的有效地址用SI、DI、BX和BP这4个寄存器之一来指定。
       (5)寄存器相对寻址:操作数在存储器中,其有效地址是一个基址寄存器(BX、BP)或变址寄存器(SI、DI)的内容和指令中的8位/16位偏移量之和。
       (6)基址加变址寻址方式:操作数在存储器中,其有效地址是一个基址寄存器(BX、BP)和一个变址寄存器(SI、DI)的内容之和。
       (7)相对基址加变址寻址:操作数在存储器中,其有效地址是一个基址寄存器(BX、BP)的值、一个变址寄存器(SI、DI)的值和指令中的8位/16位偏移量之和。
       2)CISC和RISC
       (1)CISC(Complex Instruction Set Computer,复杂指令集计算机)的基本思想是:进一步增强原有指令的功能,用更为复杂的新指令取代原先由软件子程序完成的功能,实现软件功能的硬化,导致机器的指令系统越来越庞大而复杂。
       CISC的主要弊病如下。
       ①指令集过分庞杂。
       ②微程序技术是CISC的重要支柱,每条复杂指令都要通过执行一段解释性微程序才能完成,这就需要多个CPU周期,从而降低了机器的处理速度。
       ③由于指令系统过分庞大,使高级语言编译程序选择目标指令的范围很大,并使编译程序本身冗长而复杂,从而难以优化编译使之生成真正高效的目标代码。
       ④CISC强调完善的中断控制,势必导致动作繁多、设计复杂、研制周期长。
       ⑤CISC给芯片设计带来了很多困难,使芯片种类增多、出错概率增大、成本提高而成品率降低。
       (2)RISC(Reduced Instruction Set Computer,精简指令集计算机)的基本思想是:通过减少指令总数和简化指令功能,降低硬件设计的复杂度,使指令能单周期执行,并通过优化编译,提高指令的执行速度,采用硬线控制逻辑,优化编译程序。
       RISC的关键技术如下。
       ①重叠寄存器窗口技术。在加州大学伯克利分校的RISC项目中,首先采用了重叠寄存器窗口(Overlapping Register Windows)技术。
       ②优化编译技术。RISC使用了大量的寄存器,如何合理分配寄存器、提高寄存器的使用效率及减少访存次数等,都应通过编译技术的优化来实现。
       ③超流水及超标量技术。这是RISC为了进一步提高流水线速度而采用的技术。
       ④硬布线逻辑与微程序在微程序技术中相结合。
 

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