计算机系统结构 计算机指令集结构

一、寻址方式

二、指令集结构的功能设计

对于指令集的基本要求是：完整性、规整性、高效性和兼容性。

2.1 CISC指令集结构的功能设计

1.面向目标程序增强指令功能

1）增强运算型指令的功能2）增强数据传送指令的功能3）增强程序控制指令的功能

2.面向高级语言的优化实现来改进指令集

1）增强对高级语言和编译器的支持2）高级语言机器

3.面向操作系统的优化实现改进指令集

1）处理机工作状态和访问方式的切换2）进程的管理和切换3）存储管理和信息保护4）进程的同步与互斥，信号灯的管理

2.2 RISC指令集结构的功能设计

设计RISC机器一般应当遵守以下规则

1）指令条数少而简单。确定指令集时，只选取使用频率很高的指令，在此基础上补充一些最有用的指令。2）采用简单而又统一的指令格式，并减少寻址方式。指令字长都为32位或64位。3）指令的执行在单个机器周期内完成。4）只有load和store指令才能访问存储器，其他指令的操作都是在寄存器之间进行。即采用load-store结构。5）大多数指令都采用硬逻辑来实现。6）强化优化编译器的作用，为高级语言程序生成优化的代码。7）充分利用流水技术来提高性能。

三、MIPS指令集结构

3.1 MIPS的寄存器

MIPS64有32个64位通用寄存器（GPR）：R0,R1,...,R31，它们有时被称为整数寄存器，R0的值永远是0.32个64位浮点数寄存器（FPR）：F1,F2,...,F31.

3.2 MIPS的数据表示

MIPS的数据表示有：（1）整数：字节（8位）、半字（16位）、字（32位）、双字（64位）（2）浮点数：单精度浮点数（32位）、双精度浮点数（64位）

3.3 MIPS的数据寻址方式

MIPS的数据寻址只有立即数寻址和偏移量寻址。

3.4 MIPS的指令格式

（1）I类指令

这类指令包括所有的load和store指令、立即数指令、分支指令、寄存器跳转指令、寄存器链接跳转指令。1）load指令：访问有效地址为Regs[rs] + immediate,从存储器取来的数据放入寄存器rt。2）store指令：访问有效地址为Regs[rs] + immediate,要存入存储器的数据放在寄存器rt中。3）立即数指令：Regs[rt] <- Regs[rs] op immediate。4）分支指令：转移目标地址为Regs[rs] + immediate，rt无用。5）寄存器跳转、寄存器跳转并链接：转移目标地址为Regs[rs]。

（2）R类指令

包括ALU指令、专用寄存器读/写指令、move指令等ALU指令：Regs[rd] <- Regs[rs] func Regs[rt] （func为具体的运算操作编码）

（3）J类指令

包括跳转指令、跳转并链接指令、自陷指令、异常返回指令。在这类指令中，指令字的低26位是偏移量，它与PC值相加形成跳转的地址。

3.5 MIPS的操作

MIPS指令可以分为4大类：load和store、ALU操作、分支与跳转、浮点操作。

3.6 MIPS的控制指令

(1)J name : 跳转(2)JAL name : 跳转并链接(3)JALR R3 ： 寄存器跳转并链接(4)JR R5 : 寄存器跳转(5)BEQZ R4,name ： 等于零时分支(6)BNE R3，R4,name : 不相等时分支(7)MOVZ R1,R2,R3 ： 等于零时移动