四、指令系统

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1.指令格式

指令（又称机器指令）：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。

指令集：一台计算机的所有指令的集合构成该机的指令系统，也称为指令集。

【注意】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。 Eg：x86架构、ARM架构

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：

作用：

2.分类

2.1根据==地址码数==不同

例如一条指令有32位，操作码 OP 8位。

2.1.1零地址指令

OP

出现的情况：

不需要操作数，如空操作、停机、关中断等指令。
堆栈计算机，两个操作数隐含存放在栈顶和次栈顶，计算结果压回栈顶。

2.1.2一地址指令

OP	A1

出现的情况：

只需要单操作数，如加1、减1、取反、求补等。

指令含义：OP(A1)→A1

完成一条指令需要3次访存：取指→读A1→写A1

需要两个操作数，但其中一个操作数隐含在某个寄存器（如隐含在ACC）。

指令含义：(ACC)OP(A1)→ACC

把ACC中存的数据与A1中存放的数据进行运算，然后把运算结果存到ACC。

完成一条指令需要2次访存：取指→读A1（因为ACC就是累加寄存器，不用取）。

所以实际是：
- 在指令 32 位的情况下，可能会使用ACC。
OP A ACC PC（下一条指令）

8位 24位

【注意】A指某个主存地址，(A1)表示A所指向的地址中的内容。（类比c语言指针）

2.1.3二地址指令

OP	A1（目的操作数）	A2（源操作数）

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)→A1

完成一条指令需要访存4次：取指→读A1→读A2→写A1。

所以实际是：
- 在指令 32 位的情况下，可能会使用ACC
  
  (A1)OP(A2)→ACC，此时会进行3次访存。
OP A1 A2 ACC PC（下一条指令）

8位 12位 12位

2.1.4三地址指令

OP	A1	A2	A3（结果）

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→读A1→读A2→写A3 。

所以实际是：

OP A1 A2 A3 PC（下一条指令）

8位 8位 8位 8位

2.1.5四地址指令

OP	A1	A2	A3（结果）	A4（下一条指令）

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→读A1→读A2→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的值修改位A4所指地址。
所以实际是：

OP A1 A2 A3 A4 相当于PC（下一条指令）

8位 6位 6位 6位 6位

若指令总长度固定不变，则地址码数量越多，寻址能力越差。所以有A4寻址能力更好。

2.2根据==指令字长==

指令字长：一条指令的总长度（可能会变)。

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（不变，通常和ALU直接相关）。

存储字长：一个存储单元中的二进制代码位数（不变，通常和MDR位数相同）

【技巧】一般在考试中（通时也是早期计算机），为了方便计算，默认它们三者是一样大小，即：==指令字长 = 机器字长 = 存储字长==。

【注意】指令字长一般是 8 的整数倍（也就是字节编址），也就是字节的整数倍。

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。

根据指令长度是机器字长的多少倍：

半字长指令
单字长指令
双字长指令

定长指令字结构：指令系统中所有指令的长度都相等。
变长指令字结构：指令系统中各种指令的长度不等。

2.3根据操作码的长度不同

定长操作码：指令系统中所有指令的操作码长度都相同。

n位→2^n^条指令（如果操作码固定是n位，那么这个系统最多支持2^n^条指令）

控制器的译码电路设计简单，但灵活性较低。
可变长操作码：指令系统中各指令的操作码长度可变。

控制器的译码电路设计复杂，但灵活性较高。
扩展操作码：指令总长度不变，但是操作码长度（占比）可以改变。

不同地址数的指令使用不同长度的操作码。

2.3.1==拓展操作码==

定长指令字结构 + 可变长操作码

指令总长度不变，但是操作码长度（占比）可以改变。不同地址数的指令使用不同长度的操作码。

在设计扩展操作码指令格式时，必须注意以下两点：

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。（类似“哈夫曼编码”）
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。

4.1_2_扩展操作码指令格式_哔哩哔哩_bilibili

eg.:

2.4根据操作类型

分为4种类型：

数据传输类：数据传输
运算类：算术逻辑操作、移位操作
程序控制类：转移操作

改变程序执行流的顺序。
输入输出类（I/O）：输入输出操作

进行CPU寄存器与IO端口之间的数据传送。

细分：

数据传送
1. LOAD：把存储器中的数据放到寄存器中（存储器→寄存器）。
2. STORE：把寄存器中的数据放到存储器中（寄存器→存储器）。
算术逻辑操作
1. 算术：加、减、乘、除、增1、减1、求补、浮点运算、十进制运算。
2. 逻辑：与、或、非、异或、位操作、位测试、位清除、位求反。
移位操作

算术移位、逻辑移位、循环移位(带进位和不带进位)。
转移操作

程序执行流的改变（如if else, 函数调用），会导致程序计数器PC的改变。
1. 无条件转移 JMP
2. 条件转移
  1. JZ：结果为0；
  2. JO：结果溢出；
  3. JC：结果有进位
3. 调用和返回 CALL和RETURN
4. 陷阱(Trap)与陷阱指令
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）。

寻址方式3，4：

寻址方式有指令寻址、数据寻址两大种类。

3.指令寻址

指令寻址：确定下一条指令存放的地址。

程序计数器PC：指明一条指令的存放地址。

【注意】Intel x86处理器中，程序计数器PC ( Program Counter）通常被称为IP（Instruction Pointer）。

通常顺序存储的指令，下一条指令的地址：(PC)+1→PC

但是如果按字节编址、采用变长指令字结构则不行。

3.1顺序寻址

$$ (PC) + '1' →PC $$

这里的1理解为1个指令字长，实际加的值会因指令长度、编址方式而不同。

该系统采用**==定长==指令字结构**
指令字长 = 存储字长 = 16bt = 2B（2字节）
主存按==字==编址

则：

(PC) + 1 →PC

该系统采用**==定长==指令字结构**
指令字长 = 存储字长 = 16bt = 2B（2字节）
主存按==字节==编址

则：

(PC) + 2 →PC

因为是2字节

该系统采用**==变长==指令字结构**
指令字长 != 存储字长 = 16bt = 2B（2字节）
主存按==字节==编址

则：

读入一个字，根据操作码判断这条指令的总字节数n，修改PC的值。

根据指令的类型，CPU可能还要进行多次访存，每次读入一个字。

(PC) + n →PC

3.2跳跃寻址

由转移指令指出。

取到#0指令之后，PC就加一了，#0执行完直接执行新的PC。

4.==【考点】数据寻址==

数据寻址：确定本条指令的地址码指明的真实地址。

因为指令存储不一定都是可以从0开始存储的，所以进行跳跃寻址，会跳到其他程序的指令。所以需要对地址码进行解读。

所以需要添加一个寻址方式（寻址特征）：

而且是每一个形式地址前都有一个寻址特征：

下面在指令字长 = 机器字长 = 存储字长，操作数为3的情况下讨论：

EA一一effective address

4.1直接寻址

EA = A

访存次数（排除取指令）：1

4.2间接寻址

EA = (A)

多次间接寻址，开始为0则表示EA = (An)

访存次数（排除取指令）：2（一次间接寻址）...n

4.3寄存器寻址

EA = R

寄存器数量不会很多，所以字长较短且很快.

访存次数（排除取指令）：0

4.4寄存器间接寻址

EA = (R)

访存次数（排除取指令）：1...n-1

4.5隐含寻址

访存次数（排除取指令）：0

隐含寻址：不是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。

4.6立即寻址

访存次数（排除取指令）：0

立即寻址：形式地址A就是操作数本身，又称为立即数，一般采用补码形式。

#表示立即寻址特征。

4.7==【考点】偏移寻址==

【注意】都是某个地址中的“内容”相加。

基址寻址

EA=(BR)+A

以程序的起始存放地址作为“起点”。

在程序执行过程中，基址寄存器的内容BR不变（BR作为基地址），形式地址可变（A作为偏移量）。

变址寻址

EA=(IX)+A

程序员自己决定从哪里作为“起点”。

在程序执行过程中，变址寄存器的内容可由用户改变（IX作为偏移量），形式地址A不变（A作为基地址）。

相对寻址

EA=(PC)+A

以程序计数器PC所指地址作为“起点”。

其中A是偏移量，可正可负（前后都可以偏移），补码表示。

4.7.1基址寻址

EA=(BR)+A

基址寻址：将CPU中**基址寄存器（BR）**的内容加上指令格式中的形式地址A，而形成操作数的有效地址，即EA=(BR)+A。

BR：base address register

【注意】基址寄存器是面向操作系统的，其内容由操作系统或管理程序确定。程序员无法更改其内容，当采用通用寄存器作为基址寄存器时，可由用户决定哪个寄存器作为基址寄存器，但其内容仍由操作系统确定。

在程序执行过程中，基址寄存器的内容BR不变（BR作为基地址），形式地址可变（A作为偏移量）。

如果有8个通用寄存器，那么R的大小就是3bit。

优点：

可扩大寻址范围（基址寄存器的位数大于形式地址A的位数）
用户不必考虑自己的程序存于主存的哪一空间区域，便于程序浮动（整个程序在内存里边的浮动），方便实现多道程序并发运行。

【技巧】可对比操作系统第三章第一节学习，OS课中的“重定位寄存器”就是“基址寄存器”。

4.7.2变址寻址（索引寻址）

EA=A+(IX)

变址寻址：有效地址EA等于指令字中的形式地址A与变址寄存器IX的内容相加之和，即EA=(IX)+A，其中IX可为变址寄存器（专用），也可用通用寄存器作为变址寄存器。

IX：index register

【注意】变址寄存器是面向用户的，在程序执行过程中，变址寄存器的内容可由用户改变（IX作为偏移量），形式地址A不变（A作为基地址）。

（刚好和基址寻址相反）

优点：在数组处理过程中，可设定A为数组的首地址，不断改变变址寄存器IX的内容，便可很容易形成数组中任一数据的地址，特别适合编制循环程序。

【注意】实际使用中往往需要多种寻址方式复合使用（可理解为复合函数）如先基址寻址，再变址寻址。

【2017年408真题】变址寻址是最适合按下标顺序访问一维数组的。

4.7.3相对寻址

EA=(PC)+A

相对寻址：把程序计数器pc的内容加上指令格式中的形式地址A而形成操作数的有效地址，即EA=(PC)+A，其中A是相对于PC所指地址的偏移量，可正可负（前后都可以偏移），补码表示。

优点：操作数的地址不是固定的，它随着PC值的变化而变化，并且与指令地址之间总是相差一个固定值，因此便于程序浮动（一段代码在程序内部的浮动）。

相对寻址广泛应用于转移指令。

【注意】转移指令有 2 字节组成。

4.8堆栈寻址

堆栈寻址：操作数存放在堆栈中，隐含使用堆栈指针（SP，Stack Pointer）作为操作数地址。

堆栈是存储器（或专用寄存器组）中一块特定的按“后进先出(LIFO)”原则管理的存储区，该存储区中被读/写单元的地址是用一个特定的寄存器给出的，该寄存器称为堆栈指针（SP）。

上图是硬堆栈。

硬堆栈：专门用寄存器来实现堆栈存贮。

因为堆栈不在内存，在寄存器。所以压入、弹出不需要访存，速度快，同时成本高。
软堆栈：不使用专门的硬件，而是在内存之中划分出一片区域来作为“堆栈”使用。

堆栈在内存，所以压入、弹出需要访存，速度慢，但是成本低。

实际一般用软堆栈更多。

堆栈可用函数调用时保存当前函数的相关信息。

==【考点】指令格式设计==

【注意】

指令不能重复，一个题中，第一问用过的指令二进制，下面就不能再用了。
指令字长一般是 8 的整数倍（也就是字节编址），也就是字节的整数倍。

因为（1）的操作码OP是2位，所以指令3条就是00，01，10。

（2）的的操作码OP是5位，所以指令6条就是：11 000 ~ 11 101。

【技巧】因为6条指令最多需要3位，所以五位的OP只需要后3位即可，所以前面两位可以默认为11。

（3）的的操作码OP是8位，所以指令8条就是：1111 0000 ~ 1111 0111。

（4）的的操作码OP是9位，所以指令12条就是：1 1111 0000 ~ 1 1111 1011。

（5）的的操作码OP是16位，所以指令32条就是：1111 1111 0000 0000 ~ 1111 1111 0001 1111。

【2017年408真题】某计算机按字节编址，指令字长固定且只有两种指令格式，其中三地址指令 29 条，二地址指令 107 条，每个地址字段为 6 位，则指令字长至少应该是 A.24 位 B.26 位 C.28 位 D.32 位

解：因为地址字段是6位，也就是A是6位。操作码OP不知道。

三地址格式为：（每个A为6位）

OP A1 A2 A3

因为指令 29 条，所以地址码需要能表示数字有29个，也就是： $$ 2^{OP} ≥ 29 $$ 同理二地址：

因为每个指令字长一样，所以少了一个A，应该加到OP上，也就是这里的 2的幂是 op+6。

OP2=OP+A A1 A2

因为【注意】指令不能重复，一个题中，第一问用过的指令二进制，下面就不能再用了。所以OP表示的条数要减去29。 $$ 2^{OP+6} = 2^{OP}·2^6 \[1em] (2^{OP}-29)·2^6 ≥ 107 \ 2^{OP} ≥ \frac{107}{2^6}+29 \ $$ 所以要同时满足： $$ \begin{cases} 2^{OP} ≥ 29 \ 2^{OP} ≥ \frac{107}{2^6}+29 \ \end{cases} $$ 算出OP为5位时候满足，那么指令字长就是 5+6+6+6 = 23

但是【注意】指令字长一般是 8 的整数倍（也就是字节编址），所以要在 23 加到满足8的整数倍。

即24。

5.==【大题❗考点】汇编语言==

高级语言与机器级代码之间的对应：

汇编语言和机器语言都是机器级代码，是一一对应的。

5.1考试要求

只需关注x86汇编语言；若考察其他汇编语言题目会详细注释。
题目给出某段简单程序的c语言、汇编语言、机器语言表示。能结合c语言看懂汇编语言的关键语句（看懂常见指令、选择结构、循环结构、函数调用）。
汇编语言、机器语言一一对应，要能结合汇编语言分析机器语言指令的格式、寻址方式。

不会考：将c语言人工翻译为汇编语言或机器语言。

x86汇编语言

mov为例子：

mov 要移动到的位置destination, 被移动的内容/位置source;

mov eax, ebx				#寄存器→寄存器
mov eax, dword ptr [af996h]	#主存→寄存器
mov eax, 5 					#立即数→寄存器

#将ebx所指主存地址的32bit复制到eax寄存器中（寄存器间接寻址）
mov eax, dword ptr [ebx]	
mov eax,[ebx]				#若未指明主存读写长度，默认32 bit

#将eax的内容复制到af996h所指的地址
mov [af996h], eax			#未指明长度默认32bit

#将eax的内容复制到ebx所指主存地址的32bit
mov dword ptr [ebx], eax

#将ebx所指的主存地址的8bit复制到eax
mov eax, byte ptr [ebx]

#将ebx+8所指主存地址的32bit 复制到eax寄存器中
mov eax, dword ptr [ebx+8]
#将af996-12所指主存地址的 32bit复制到eax寄存器中
mov eax, dword ptr [af996-12h]

5.2地址码

x86架构CPU，有哪些寄存器？

每个寄存器都是32bit，32bit = Extended = E。

都是E开头的，包含32bit数据。

通用寄存器 X
- EAX
- EBX
- ECX
- EDX
变址寄存器 I = index

变址寄存器可用于线性表、字符串的处理。
- ESI： source index（被移动的）
- EDI： destination index（要移动到的目的）
堆栈寄存器 P = pointer

用于函数调用。
- EBP：堆栈基指针base pointer
- ESP：堆栈顶指针stack pointer

通用寄存器还可以使用一半寄存器（低16位）

AX, BX, CX, DX：16bit

两个变址寄存器只能固定使用32bit；两个堆栈寄存器只能固定使用32bit。

甚至还可以使用1/4=8bit：

AL, AH BL, BH

总结

5.3==【汇编重点】操作码==

操作码 地址码
操作码 d, s

#王道书中:
add <reg>/<mem>, <reg>/<mem>/<con>
#要注意，一般不建议同时访问两个主存：
add <mem>, <mem>	# ×，访存太多是不可以的

destination：目的地（d 目的操作数）
source：来源地（s 源操作数）

目的操作数d不可以是常量，因为进行完操作之后还要把数据放到d的位置。

还有：

reg：寄存器register
mem：内存memory
con：常数constant

5.3.1算术运算

功能	英文	汇编指令	注释
加	add	add d, s	#计算d+s，结果存入d
减	subtract	sub d, s	#计算d-s，结果存入d
乘	multiply	mul d, s imul d, s	#无符号数ds，乘积存入d #有符号数ds，乘积存入d
除	divide	div s idiv s	#无符号数除法：edx:eax/s，商存入eax，余数存入edx #有符号数除法：edx:eax/s，商存入eax，余数存入edx
取负数	negative	neg d	#将d取负数，结果存入d
自增 ++	increase	inc d	#将d++，结果存入d
自减 - -	decrease	dec d	#将d--，结果存入d

【注意】除法（被除数/除数）用到了隐含寻址，s是除数，而被除数提前放到了edx和eax。

【注意！】add d, s在这里是(d)+(s)→(d)，

但是有的是写add s, d就是(d)+(s)→(d)。

5.3.2逻辑运算

功能	英文	汇编指令	注释
与	and	and d, s	#将d、s逐位相与，结果放回d
或	or	or d, s	#将d、s 逐位相或，结果放回d
非	not	not d	#将d逐位取反，结果放回d
异或	exclusive or	xor d, s	#将d、s逐位异或，结果放回d
左移	shift left	shl d, s	#将d逻辑左移s位，结果放回d(通常s是常量)
右移	shift right	shr d, s	#将d逻辑右移s位，结果放回d(通常s是常量)

5.3.3其他

用于实现分支结构、循环结构的指令：
- cmp：比较。
- test
- jmp：直接跳转。
- jxxx：条件跳转。
- loop：封装循环。
用于实现函数调用的指令：
- push：放入函数调用栈。
- pop：从函数调用栈出栈。
- call：函数调用。
  - ①将IP旧值压栈保存（保存在函数的栈帧顶部）；
  - ②设置IP新值，无条件转移至被调用函数的第一条指令。
- ret：函数返回。
  - 从函数的栈帧顶部找到IP旧值，将其出栈并恢复IP寄存器。
用于实现数据转移的指令：mov

【注意】Intel x86处理器中，程序计数器PC ( Program Counter）通常被称为IP（Instruction Pointer）。

5.4循环分支

5.4.1 jmp直接跳转指令

jmp（jump）

jmp <address>

jmp 124
jmp eax
jmp [985]

#其中:
exa = 124
[985] = 124

这个地址可以是直接一个数字，也可以是寄存器或者主存

但是其实程序员其实是不知道指令在内存的位置，所以使用**NEXT:标号**来锚定位置。

（标号，有冒号就是，NEXT是名字，可以自己改）。

例如：

mov eax, 1
mov ebx, 2
jmp BIAOHAO
add ebx, 2
BIAOHAO:
add ebx, exa

5.4.2 jxxx条件跳转指令

先**比较cmp**两个数：

cmp本质上是进行a-b减法运算，并生成标志位OF、ZF、CF、SF，放入PSW程序状态字寄存器（Intel称其为“标志寄存器”）。

cmp d, s

然后紧跟跳转指令：

#jump when equal，若a==b则跳转
je <地址>

#jump when not equal，若a != b则跳转
jne <地址>

#jump when greater than，若a>b则跳转
jg <地址>

#jump when greater than or equal to，若a>=b则跳转
jge <地址>

#jump when less than，若a<b则跳转
jl <地址>

#jump when less than or equal to，若a<=b则跳转
jle <地址>

e：等于equal
n：不not
g：大于greater
l：小于less

例如：

cmp eax, ebx
je NEXT

分支C→汇编

那么就可以把c语言的代码翻译为汇编代码（机器级表示）

C：

int a=7;
int b=6;

if(a>b){
	c=a;
}else{
	c=b;
}

assembly：

mov eax,7		#假设变量a=7,存入eax
mov ebx,6		#假设变量b=6,存入ebx

cmp eax,ebx		#比较变量a和b
jg NEXT			#若a>b，转移到NEXT:

# 如果没有跳转，那么顺序执行，就是else

mov ecx ,ebx	#假设用ecx存储变量c，令c=b
jmp END			#无条件转移到END:
NEXT:
mov ecx ,eax	#假设用ecx存储变量c,令c=a
END:

循环C→汇编

用条件转移指令实现循环，需要4个部分构成：

①循环前的初始化

②是否直接跳过循环?

③循环主体

④是否继续循环?

用loop指令实现循环

【注意】loop默认使用ECX作为循环计数器（只能是ECX）。

5.5==函数调用==

函数的栈帧（ Stack Frame）：保存函数大括号内定义的局部变量、保存函数调用相关的信息。

5.5.1函数调用栈在内存中的位置

地址码中的堆栈寄存器（P，pointer）用于函数调用。

EBP：堆栈基指针base pointer，指向栈的底部。
ESP：堆栈顶指针stack pointer ，指向栈的顶部（下面是“顶”，开口的）。

5.5.2两种方式访问栈帧数据

push、pop指令实现入栈、出栈操作，x86默认以4字节为单位。指令格式如：

5.5.3函数调用时，如何切换栈帧

在每一个函数前加上“例行处理”

push ebp		#保存上一层函数的栈帧基址(ebp旧值)
mov ebp, esp	#设置当前函数的栈帧基址(ebp新值)

#等价于：
enter			#零地址指令，进入

在函数结束的时候，就移除函数栈，例行处理：

mov esp, ebp	#让esp指向当前栈帧的底部
pop ebp			#将esp所指元素出栈，写入寄存器ebp

#等价于：
leave

5.5.4一个栈帧内可能包含哪些内容?

一个函数栈：

==0xFFFF FFFF==

==栈底==

==EBP==

==向上（栈底）是加==

==向下（栈顶）是减==

==ESP==

==栈顶==

==0x0000 0000==

【技巧】栈就是和函数有关，堆是和数据有关。

上一层栈帧基址：栈帧最底部一定是上一层栈帧基址（ebp旧值）。
返回地址：栈帧最顶部一定是返回地址（当前函数的栈帧除外）。
局部变量：保存在栈底，如果出现[ebp-4]（最后一个定义的变量）或ebp-8这种，一般是局部变量。
调用参数：保存在栈顶，[ebp+8]（第一个调用参数），ebp+12（第二个调用参数）...。为什么是+8，因为+4保存了IP(PC)返回地址。这里的ebp不是上面的ebp，而是调用参数的ebp，属于上面函数的esp。
空闲：gcc编译器将每个栈帧大小设置为16B的整数倍（当前函数的栈帧除外），因此栈帧内可能出现空闲未使用的区域。

具体：

5.5.5如何传递参数和返回值

4.3_6_4_如何传递参数和返回值(函数调用的机器级表示)_哔哩哔哩_bilibili

相加之后，最终的结果存储在EAX，那么leave之后，caller函数只需要从EAX种就可以取到返回值。

总结

除了main函数，其他所有函数的汇编代码结构都一样！

5.6汇编格式

AT&T 格式：Unix、Linux的常用格式。

intel 格式：Windows的常用格式。（408常考，也是我们这里讲的）

6.==【考点】CISC和RISC==

CISC：复杂指令集计算机，Complex Instruction Set Computer

设计思路：一条指令完成一个复杂的基本功能。

一条指令可以由一个专门的电路完成。有简单的指令，有复杂的指令。有的复杂指令用纯硬件实现很困难，采用“存储程序”的设计思想，由一个比较通用的电路配合存储部件完成一条指令。

代表：x86架构，主要用笔记本、台式机等。

80-20规律：典型程序中80%的语句仅仅使用处理机中20%的指令。所以指令集不需要太过于复杂，所以有RISC。

RISC：精简指令集计算机，Reduced lnstruction Set Computer

设计思路：一条指令完成一个基本“动作”。多条指令组合完成一个复杂的基本功能。

一条指令一个电路，电路设计相对简单，功耗更低。

通常采用指令流水线，使大部分指令都在一个时钟周期完成。

==【考点】适合指令流水线的指令特征==

指令长度尽量一样；
指令格式尽量规整；
保证除load/store外的指令都不能访问存储器；
数据和指令都在存储器中“对齐”存放。

代表：ARM架构，主要用于手机、平板等。

对比：

【注意】两者并没有兼容关系。

	CISC复杂指令集计算机	RISC精简指令集计算机
指令系统	复杂、庞大	简单、精简
指令数目	一般大于200条	一般小于100条
指令字长	不固定	定长
可访问存储器的指令	不加限制	只有load/store指令
各种指令执行时间	相差较大	绝大多数在一个周期完成
各种指令使用频率	相差很大	都比较常用
通用寄存器数量	较少	多
目标代码	难以用优化编译生成高效的目标代码程序	采用优化的编译程序，生成代码较为高效
控制方式	绝大多数为微程序控制（效率低）	绝大多数为组合逻辑控制（效率高）
指令流水线	可以通过一定方式实现	必须实现

7.总结

指令格式：如何用二进制代码表示指令
指令寻址方式：
1. 给出下一条指令的地址
2. 给出要操作的对象的地址
CISC和RISC：两种设计方向

这个部分一般都会有一个大题。

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四、指令系统

1.指令格式

2.分类

2.1根据==地址码数==不同

2.1.1零地址指令

2.1.2一地址指令

2.1.3二地址指令

2.1.4三地址指令

2.1.5四地址指令

2.2根据==指令字长==

2.3根据操作码的长度不同

2.3.1==拓展操作码==

2.4根据操作类型

寻址方式3，4：

3.指令寻址

3.1顺序寻址

3.2跳跃寻址

4.==【考点】数据寻址==

4.1直接寻址

4.2间接寻址

4.3寄存器寻址

4.4寄存器间接寻址

4.5隐含寻址

4.6立即寻址

4.7==【考点】偏移寻址==

4.7.1基址寻址

4.7.2变址寻址（索引寻址）

4.7.3相对寻址

4.8堆栈寻址

==【考点】指令格式设计==

5.==【大题❗考点】汇编语言==

5.1考试要求

x86汇编语言

5.2地址码

x86架构CPU，有哪些寄存器？

总结

5.3==【汇编重点】操作码==

5.3.1算术运算

5.3.2逻辑运算

5.3.3其他

5.4循环分支

5.4.1 jmp直接跳转指令

5.4.2 jxxx条件跳转指令

分支C→汇编

循环C→汇编

用loop指令实现循环

5.5==函数调用==

5.5.1函数调用栈在内存中的位置

5.5.2两种方式访问栈帧数据

5.5.3函数调用时，如何切换栈帧

5.5.4一个栈帧内可能包含哪些内容?

5.5.5如何传递参数和返回值

总结

5.6汇编格式

6.==【考点】CISC和RISC==

==【考点】适合指令流水线的指令特征==

7.总结