4.1指令格式
    -指令的定义
    指令（机器指令）是指示计算机执行某种操作的命令，是计算机运行的最小功能单位。一台计算机的所有指令的集合构成该机的指令系统，也称指令集。
    •指令系统是计算机的主要属性，位于硬件和软件的交界面上。
    • 一台计算机只能执行自己指令系统中的指令，不能执行其他系统的指令。
    二、指令的基本格式
    一条指令就是机器语言的一个语句，它是一组有意义的二进制代码。
    一条指令通常要包括操作码字段和地址码字段两部分:

    三、指令的分类
    按地址码数目分类：
    •零地址指令：只给出操作码OP,没有显式地址。
    OP EHC
    a. 不需要操作数的指令，如空操作、停机、关中断等指令。
    b. 零地址的运算类指令仅用在堆栈计算机中，参与运算的两个操作数隐含地聪栈顶和次栈顶弹出，送到运算器进行运算，运算结果再隐含地压入堆
    栈，
    —地址指令：
    a. 只需要单操作数，按A1地址读取操作数，进行OP操作后，结果存回原地址。
    指令含义：OP（A1）—＞A1,完成一条指令需3次访存：取指一＞读八1—＞写八1。
    如加1、减1、取反、求补等。
    b. 需要两个操作数，但其中一个操作数隐含在某个寄存器（如ACC）,运算结果也将存放在ACC中。
    指令含义：（ACC）OP（A1）—＞ACC,完成4指令需2次访存：取指一＞读八1。
    注：A1指某个主存地址，（A1）表示A1所指向的地址中的内容。
    •二地址指令：常用于需要两个操作数的算术运算、逻辑运算指令。
    OP Ai （目的操作数） A、（源操作数）Eric
    指令含义：（A1）OP（A2）—＞A1,完成一条指令需要访存4次，取指一＞读八1—＞读八2—＞写八1。
    •三地址指令：常用于需要两个操作数的算术运算、逻辑运算相关指令。
    指令含义：（A1）OP（A2）_＞A3,完成一条指令需要访存4次，取指自读A1—＞读八2 — ＞写八3。
    •四地址指令：
    指令含义：（A1）OP（A2）—＞A3, A4=下一条将要执行指令的地址。
    完成一条指令需要访存4次，取指一〉读A1—＞读八2—〉写A3。
    。正常情况下：取指令之后PC+1,指向下一条指令。
    。四地址指令：执行指令后，将PC的值修改为A4所指地址。
    直接寻址范围：
    n位地址码的直接寻址范围=2n,若指令总长度固定不变，则地址码数量越多，寻址能力越差。
    按指令长度分类：
    •定长指令字结构：指令系统中所有指令的长度都相等，执行速度快，控制简单。
    •变长指令字结构：指令系统中各种指令的长度不等，随指令功能而异。
    相关概念：
    •指令字长：指一条指令中所包含的二进制代码的位数，取决于操作码的长度、操作数地址码的长度和操作数地址的个数。
    •机器字长：CPU进行一次整数运算所能处理的二进制数据的位数（通常和A山直接相关）。
    .存储字长：一个存储单元中的二进制代码位数（通常和MDR位数相同）。
    。因为主存一般是按字节编址的，所以指令字长多为字节的整数倍。
    。指令长度与机器字长没有固定的关系，它可以等于机器字长，也可以大于或小于机器字长。
    。半字长指令、单字长指令、双字长指令一令长度是机器字长的多少倍。
    。指令字长会影响取指令所需时间。如：机器字长=存储字长=16bit,则取一条双字长指令需要两次访存。
    按操作码长度分类：
    •定长操作码：指令系统中所有指令的操作码长度都相同。
    。位操作码字段的指令系统最大能够表示2n条指令。
    。优：定长操作码对于简化计算机硬件设计，提高指令译码和识别速度很有利。
    。缺：指令数量増加时会占用更多固定位，留给表示操作数地址的位数受限，灵活性较低。
    .可变长操作码：为了在指令字长有限的前提下仍保持比较丰富的指令种类，采取可变长度操作码。全部指令的操作码字段的位数不固定，且分散地放在
    指令字的不同位置上。
    。最常见的变长操作码方法是扩展操作码，采取定长指令字结构+可变长操作码，使操作码的长度随地址码的减少而増加，不同地址数的指令可以具
    有不同长度的操作码，从而在满足需要的前提下，有效地缩短指令字长。
    o优：在指令字长有限的前提下仍保持比较丰富的指令种类。
    。缺：増加了指令译码和分析的难度，使控制器的设计复杂化。
    扩展操作码举例：
    指令字长为16位，每个地址码占4位：
    前4位为基本操作码字段OP,另有3个4位长的地址字段Ai、A2和A3。
    4位基本操作码若全部用于三地址指令，则有16条。
    但至少须将1111留作扩展操作码之用，即三地址指令为15条：
    1111 1111留作扩展操作码之用，二地址指令为15条；
    1111 11111111留作扩展操作码之用，一地址指令为15条；
    零地址指令为16条。
    还有其他扩展操作码设计方法。
    在设计扩展操作码指令格式时，必须注意以下两点：
    1. 不允许短码是长码的前缀，即短操作码不能与长操作码的前面部分的代码相同。
    2. 各指令的操作码一定不能重复。
    通常情况下，对使用频率较高的指令，分配较短的操作码；对使用频率较低的指令，分配较长的操作码，从而尽可能减少指令译码和分析的时间。
    设指令字长固定为16位，试设计一套指令系统满足：
    a) 有15条三地址指令
    共24=16种状态
    留出16-15=1种
    b) 有12条二地址指令
    共 1 X24=16 种
    留出16-12=4种
    c) 有62条一地址指令
    共4 x24=64种
    ⑺岀64-62=2种
    d) 有32条零地址指令
    共 2x24=32 种
    设地址长度为n，上一层留出m种状态，下一层可扩展出mx2n种状态
    按操作类型分类：
    数据传送类：进行主存与CPU之间的数据传送
    1. 数据传送
    • MOV:寄存器之间传送。
    • LOAD：从内存单元读取数据到CPU寄存器。
    • STORE：从CPU寄存器写数据到内存单元。
    运算类
    2. 算术和逻辑操运算
    •算术:加(ADD)、减(SUB)、乘(MUL)、除(DIV)、加 1(INC)、减 1 (DEC)等。
    •逻辑：与(AND)、或(OR)、取反(NOT)、异或(XOR)等。
    3. 移位操作
    •算术移位、逻辑移位、循环移位(带进位和不带进位)。
    程序控制类：改变程序执行的顺序
    4. 转移操作
    •无条件转移(JMP)、条件转移(BRANCH)、调用(CALL)、返回(RETURN)、陷阱(Trap)等。
    建D调用指令和转移指令的区别：执行调用指令时必须保存下一条指令的地址(返回地址)，当子程序执行结束时，根据返回地址返回到主程序继续执
    行；而转移指令则不返回执行。
    输入输出类(I/O):进行CPU和I/O设备之间的数据传送
    5. 输入输出操作
    • CPU寄存器与IO端口之间的数据传送(端口即IO接口中的寄存器)。
    4.2指令的寻址方式
    寻址方式是指寻找指令或操作数有效地址的方式，即确定本条指令的数据地址及下一条待执行指令的地址的方法。寻址方式分为指令寻址和数据寻址两大
    类。寻找下一条将要执行的指令地址称为指令寻址；寻找操作数的地址称为数据寻址。
    一、 指令寻址
    顺序寻址
    .通过程序计数器(pc)加1 (1个指令字长)，自动形成下一条指令的地址。
    。此处的”r要理解为1个指令字长。
    °每次取指令结束后，一定会PC+ “1”。
    跳跃寻址
    .跳跃寻址通过转移类指令实现。所谓跳跃，是指下条指令的地址码不由程序计数器给出，而由本条指令给出下条指令地址的计算方式。
    10是否跳跃可能收到状态寄存器和操作数的控制，而跳跃到的地址分为绝对地址(由标记符直接得到)和相对地址(相对于当前指令地址的偏移
    量)，跳跃的结果是当前指令修改PC值，所以下1指令仍然通过程序计数器(PC)给出。
    二、 数据寻址
    数据寻址是指如何确定本条指令的地址码指明的真实地址。
    隐含寻址
    不明显地给出操作数的地址, 而是在指令中隐含着操作数的地址。
    优点：有利于缩短指令字长。
    缺点：需増加存储操作数或隐含地址的硬件。
    立即寻址
    这种类型的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，又称立即数。数据采用补码形式存放，#表示立即寻址特征。
    立即寻址特征
    | OP j # 一 A
    立即数
    优点：指令执行阶段不访问主存，指令执行时间最短。
    缺点：A的位数限制了立即数的范围。(如A的位数为n,且立即数采用补码时，可表示的数据范围为-2n-1~2n_1-1)
    直接寻址
    指令字中的形式地址A就是操作数的真实地址EA,即EA=A o
    优点：简单，指令执行阶段仅访问一次主存，不需专门计算操作数的地址。
    缺点：A的位数决定了该指令操作数的寻址范围，操作数的地址不易修改。
    间接寻址
    指令的地址字段给出的形式地址不是操作数的真正地址，而是操作数有效地址所在的存储单元的地址，也就是操作数地址的地址，即EA=（A） o
    间接寻址可以是一次间接寻址，还可以是多次间接寻址。
    图中，主存字第一位为1时，表示取出的仍不是操作数的地址，即多次间址；主存字第一位为0时，表示取得的是操作数的地址。
    优点：可扩大寻址范围（有效地址EA的位数大于形式地址A的位数）。便于编制程序（用间接寻址可以方便地完成子程序返回）。
    缺点：指令在执行阶段要多次访存（一次间址需两次访存，多次寻址需根据存储字的最高位确定几次访存），访问速度过慢，并不常用。
    寄存器寻址
    在指令字中直接给出操作数所在的寄存器编号，即EA =RjZ其操作数在由Rj所指的寄存器内。
    优点：指令在执行阶段不访问主存，只访问寄存器，因寄存器数量较少，对应地址码长度较小，使得指令字短且因不用访存，所以执行速度快，支持向量/
    矩阵运算。
    缺点：寄存器价格昂贵，计算机中寄存器个数有限。
    寄存器间接寻址
    寄存器&中给出的不是一个操作数，而是操作数所在主存单元的地址，即EA=（R.）。
    寻址特征
    特点：与一般间接寻址相比速度更快，但指令的执行阶段需要访问主存（因为操作数在主存中）。