三、指令系統

　　(一)指令和指令系統

　　指令主要由兩個部分組成:

　　操作碼———用來指出計算機應執行何種操作的一個二進制代碼。例如:加法、減法、乘法、除法、取數、存數等各種基本操作，它們均有各自相應的操作碼。

　　操作數地址———指出該指令所操作(處理)的對象(稱為操作數)所在的存儲單元的地址。計算機中操作數可以相當靈活地指定，它可以直接包含在指令中，可以在CPU的某個寄存器中，一般情況是在存儲器的某個(些)存儲單元中。指定操作數所在位置的方法稱為尋址方式。不同的計算機具有各自不同的指令，對某種特定的計算機而言，其所有指令的集合，稱為該計算機的指令系統。

　　(二)指令的特征和功能

　　一般而言，指令系統應該具備下述特性:

　　(1)指令的完備性。是指一個指令系統應滿足給定的算法，可編出程序并實現之。

　　(2)指令的有效性。指令系統中所包含的指令必須是有效的，從而可用相當少的指令編出實現某種算法的程序。

　　(3)指令的簡明性。它指一個指令系統能簡化指令處理機的操作，又能簡化編程。

　　(4)指令的效率。它指系統中指令的執行時間。

　　另外，尚要求指令系統應便于記憶和理解，占用內存少，盡量縮短邏輯延遲等。

　　(三)尋址方式

　　1.立即尋址

　　立即尋址又稱立即數尋址。操作數緊跟在操作碼之后，直接放在指令中，這種操作數稱為立即數。立即數規定只能為整數。立即數可以是8位或16位，要求低字節數放在低位地址中，高字節數放在高位地址中。

　　2.寄存器尋址

　　操作數在CPU的內部寄存器中，寄存器名由指令指出，這種尋址方式稱之為寄存器尋址方式。對8位操作數，寄存器可以是AL，AH，BL，BH，CL，CH，DL，DH中的任意一個，對16位操作數，寄存器可以是AX，BX，CX，DX，SI，DI，SP或BP之一。

　　3.直接尋址

　　直接尋址方式的操作數地址的16位偏移量(又稱有效地址EA)直接包含在指令中，它緊跟在操作碼之后，存放在代碼段區域。如果指令前面無前綴指明在哪一段，則默認操作數存放在數據段寄存器DS中。它的地址為數據段寄存器DS加上這16位地址偏移量。

　　4.寄存器間接尋址

　　寄存器間接尋址方式的操作數在存儲器中，操作數地址的16位偏移量包含在寄存器BX、BP、SI和DI之一中。如果指令中未具體用前綴指明是哪個段寄存器，則尋址時，對BX、SI、DI寄存器，默認操作數在數據段寄存器DS中，即數據段寄存器DS加上SI、DI、BX中的偏移量為操作數的地址。

　　5.寄存器相對尋址(或稱變址尋址)

　　采用寄存器間接尋址時，允許在指令中指定一個8位或16位的偏移量，這樣，有效地址由一個基址或變址寄存器的內容加上一個偏移量來得到。即

　　[BX]

　　[BP]

　　有效地址EA=[SI] +(8位偏移量或16位偏移量)

　　[DI]

　　6.基址加變址尋址

　　將一個基址寄存器的內容加上一個變址寄存器的內容形成操作數的有效地址，這種尋址稱為基址加變址尋址方式。這種尋址方式中，基址寄存器名和變址寄存器名均由指令指出。如無段跨越前綴，對BX寄存器默認的段寄存器為DS。只要用上寄存器BP，則默認的段寄存器為SS。

　　7.相對的基址加變址尋址

　　與寄存器相對尋址類擬，基址加變址尋址也允許帶一個8位或16位的位移量。因此，操作數的有效地址是一個基礎寄存器的內容加上一個變域寄存器的內容，再加一個8位或16位的偏移量。

　　8.比例變址尋址

　　比例變址尋址只能在80386到Pentium微處理器中使用。比例變址是指一對寄存器中的第二個用比例因子2、4或8來乘，產生操作數的內存地址。

　　(四)指令格式1.8086指令格式

　　8086/8088指令長度是比較靈活的，可在1～6個字節之間變化，組成如下表所示。

　　8086CPU指令形式

　　操作碼 MOD字節

　　偏移量

　　操作碼 MOD字節 DATA/DISP

　　操作碼 MOD字節 DATA/DISPL DATA/DISPH

　　操作碼 MOD字節 DATA/DISPL DATA/DISPH

　　DATA

　　操作碼 MOD字節 DATA/DISPL DATA/DISPH DATAL DATAH

　　2.Pentium指令的一般格式

　　Pentium微處理器指令的一般格式如下圖所示。從圖中可看到，一條指令是由可任選的指令前綴(可以以任何的次序)、一個或兩個源操作碼字節、有可能要用的地址說明符(由ModR/M字節和按比例變址基址SIB字節構成)、一個位移量(根據需要)和一個立即操作數數據字段(如果需要的話)等元素組成的。

　　指令前綴 地址大小 前綴操作數 大小前綴 段超前前綴

　　0或1 0或1 0或1 0或1

　　………………………………………………………………

　　字節數

　　操作碼 Mod R/m SIB 位移量 立即數

　　1或2 0或1 0或1 0或10，1，2或4

　　………………………………………………………………

　　字節數

　　Pentium指令的一般格式

　　(五)指令周期

　　微處理器的工作過程，不外乎取出指令、執行指令，再取出指令、執行指令……這樣一個循環過程。一條指令的取出和執行所必需的時間，稱為指令周期。指令周期依取出指令的時間不同而不同。

　　(六)指令的流水線和并行控制

　　為了提高計算機訪問存儲器和執行指令的處理速度，可以讓一些需要計算機處理的多項操作在時間上重疊進行，甚至設計出多個功能相同或相近的部件同時對其進行處理，這種技術就是流水線與并行執行技術。

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