计算机组成原理入门（二）

二、指令系统

1指令系统是指一台计算机所具有的全部机器指令的集合，它反映了该机所拥有的基本功能。指令系统也被称为机器语言，它是软件和硬件的主要交界面，也是计算机软件设计者和硬件设计者之间沟通的桥梁。它决定了及其硬件所具有的能力，也决定指令的格式和机器的硬件结构，直接影响到软件的结构、复杂度和性能。指令系统的设计由体系结构设计者完成。

2CISC—复杂指令系统计算机（Complex Instruction Set Computer） 

特征一览

软件硬化：用一条功能复杂的新指令来取代原来需要一串指令完成的功能

支持高级语言程序：增加新的复杂指令以及复杂的寻址方式

软件兼容：系列及软件要求向上兼容和向后兼容，指令系统不断扩大

主要问题

仅有约20%的指令使用拼读比较高，这些指令占据了80%的CPU时间。（二八定则）

3RISC—精简指令系统计算机（Reduced Instruction Set Computer）

特征一览

优先选取使用频率较高的简单指令

指令长度固定，指令格式种类少，寻址方式种类少

只有取数/存数指令访问存储器

CPU中通用寄存器数量相当多

CPU采用流水线结构，大部分指令可以在一个时钟周期内完成

控制单元设计以硬布线控制逻辑为主

采用编译优化技术减少程序执行时间

4指令系统设计原则：完备性 规整性 高效性 兼容性

5操作数类型：地址（操作数或指令被存放在数据存储设备的位置编码，可以被认为是一个无符号整数） 数字 字符 逻辑数（当0和1的组合不表示一个数而表示假和真时）

6编址方式：按字编址 按字节编址   决定了驻村最小访问单元

7按字编址：

最小编址单位是一个存储字，通常存储字长=机器字长

对主存数据的访问以字为单位

主存容量=存储字数×存储字长，单位为（Word）或（bit）

8按字节编址

最小编址单位害死一个字节，描述主存储容量时以字节（Byte，B）为单位

对贮存数据既能以字节为单位访问，也能以字为单位访问

当按字节访问主存时，使用字节地址；当按字访问主存时，使用字地址

通常，存储字长是字节整数倍，字节地址是连续的，字地址是不连续的

多个字节数据存放在一个字单元，有两种编址顺序：低字节低地址（小端方式）、高字节低地址（大端方式）

存放边界：边界对齐、边界不对齐

9地址空间：计算机中主要的存储设备有通用寄存器、主存储器和IO设备，他们各自都包含多个可编址的数据访问单元。对这些单元可以统一编址或者单独编址

注：零地址空间，也成为隐含编址方式。在堆栈计算机中，运算指令时不需要地址的，有关设备不需要进行编址。另外，在一般处理器中，一些特殊的寄存器如指令和数据的缓冲寄存器等，是不需要编址的，这些寄存器对于程序员是不可见的。

10编址方式的字节编址顺序

如上图所示

11边界问题：分为边界对齐问题和边界不对齐问题

通常，按字编址的机器都支持边界不对齐方式

（未完待续）