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2.1.4【网络工程师考试知识点】指令系统

指令系统是中央处理器所有指令的集合，通常一条指令可分解为操作码和和地址码两部分，操作码确定指令的操作类型，地址码确定指令所要处理或存储的数据位置。对指令系统的考查主要包括对各种寻址方式的理解以及CISC和RISC的特点的比较。

1. 编码方式

正如：MOVE、ADD等命令一样，操作码有不同的长度，指令系统中对操作码的编码方式主要分定长编码与不定长编码。如表2.4所示：

2. 寻指方式

在计算机中需要编址的设备主要有运算器中的通用寄存器、主存储器和输入输出设备三种。寻找操作数及数据存储单元的方法称为寻址方式，它主要涉及前两者。常见的寻指方式有：

立即寻址

立即寻址方式通常直接在指令的地址码部分给出操作数。立即寻址方式通常仅仅用来指定一些精度要求不高的整型常数。

寄存器寻址

指令在执行过程中所需要的操作数来源于寄存器，运算结果也写回到寄存器中，这种寻址方式在所有的RISC计算机及大部分的CISC计算机中得到广泛应用。它有寄存器直接寻址与间接寻址之分。

主存寻址

主存寻址是所有计算机中都普遍采用的一类寻址方式，其寻址种类也最为复杂。 主存寻址方式主要包括直接寻址方式、间接寻址方式和变址寻址方式等3种类型。

（1）直接寻址方式。在指令中直接给出参加运算的操作数或运算结果所存放的主存地址，即在指令中直接给出有效地址。

（2）间接寻址方式。在指令中给出操作数地址的地址，必须经过两次或两次以上的访问主存储器操作才能得到操作数。间接寻址可以只进行一次，也可以连续进行多次。

（3）变址寻址方式。采用变址寻址方式时，需要设置一个或多个变址寄存器。变址寄存器的长度由主存储器的寻址空间决定，例如，主存储器的寻址空间为4GB,则变址寄存器的长度需要32位。也可以把某一个或几个通用寄存器兼作变址寄存器来使用。变址寄存器的主要作用是用来存放数组的基地址。

图2 中直观地说明了这几种寻址方式的寻址过程。

图2-5  几种寻址方式比较

1.RISC与CISC比较

表2.5  RISC与CISC比较

读者往往会提出这样一个问题：RISC的指令系统精简了，复杂指令系统计算机CISC的一条指令，在RISC中要用一串指令才能实现，那么，为什么RISC执行程序的速度比CISC还要快呢？有一个很简单，也很重要的公式。任何一个程序在计算机上的执行时间可以用下面的公式来计算：

P=I×CPI×T

其中：  P是执行这个程序所使用的总的时间；

I是这个程序所需执行的总的指令条数；

CPI是每条指令执行的平均周期数；

T是一个周期的时间长度。

表2.13列出了CISC与RISC的3个参数I、CPI和T的比较情况。从这3个参数的比较中可以得出如下结论：

表2.6  CISC与RISC的I、CPI和T的比较

1、 程序所执行的总的指令条数I.实际统计结果表明：RISC的总的指令条数I比CISC的长30%至40%.

2、指令平均执行周期数CPI.由于CISC一般是用微程序实现的，一条指令往往要用好几个周期才能完成，一些复杂指令所要的周期数就更多。

3、对于一个周期的时间长度T.由于RISC一般采用硬布线逻辑实现，指令要实现的功能都比较简单，所以，RISC的T通常要比CISC的T小。

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