第四节　指令格式举例

　　指令格式不仅体现了指令系统的各种功能，而且也突出地反映了机器的硬件结构特点。设计指令格式时必须从诸多方面综合考虑，并经一段模拟运行后，最后确定。

一、设计指令格式应考虑的各种因素

　　指令系统集中反映了机器的性能，又是程序员编程的依据。用户在编程时既希望指令系统很丰富，便于用户选择，同时还要求机器执行程序时速度快、占用主存空间少，实现高效运行。此外，为了继承已有的软件，必须考虑新机器的指令系统与同一系列机器指令系统的兼容性，即高档机必须能兼容低档机的程序运行，称之为“向上兼容”。
　　指令格式集中体现了指令系统的功能，为此，在确定指令格式时，必须从以下几个方面综合考虑。
　　·操作类型：包括指令数及操作的难易程度；
　　·数据类型：确定哪些数据类型可以参与操作；
　　·指令格式：包括指令字长、操作码位数、地址码位数、地址个数、寻址方式以及指令字长和操作码位数是否可变等等；
　　·寻址方式：寻找操作数真实地址的方式；
　　·寄存器个数：寄存器的多少直接影响指令的执行时间。

二、指令格式举例

　　不同机器其指令格式可以有很大的差别，下面列举几种较为典型的指令格式。

　　1．PDP-8
　　PDP-8的指令字长统一为12位，CPU内只设一个通用寄存器，即累加器ACC，其主存被划分为若干个容量相等的存储空间(每个相同的空间被称为一页)。该机的指令格式可分为三大类，如下图所示。

　　访存类指令属一地址指令。0～2位为操作码(只定义了000～101六种基本操作)；第3、4两位为寻址特征位，其中第3位表示是否间接寻址，第4位表示是当前页面(即PC指示的页面)还是0页面；第5~11位为地址码。
　　为了扩大操作种类，对应操作码“111”又配置了辅助操作码，构成了寄存器类指令，这类指令主要对ACC进行各种操作，如清A、对A取反、对A移位、对A加1、根据A的结果是否跳转……等等。辅助操作码的每一位都有一明确的操作。
　　第三类指令是I/O类，用第0～2位为110作标志，其具体操作内容由第9～11位反映，第3～8位表示设备号，总共可选64种设备。
　　PDP-8指令格式支持间接寻址、变址寻址、相对寻址。加上操作码扩展技术，共有35条指令。

　　2．PDP-11
　　PDP-11机器字长为16位，CPU内设8个16位通用寄存器，其中两个通用寄存器有特殊作用，一个用作堆栈指针SP，一个用作程序计数器PC。
　　PDP-11指令字长有16位、32位和48位三种，采用操作码扩展技术，使操作码位数不固定，指令字的地址格式有零地址、一地址、二地址等共有13类指令格式，下图所示的是其中五种。

　　图中(a)为零地址格式；图(b)为一地址格式，其中6位目的地址码中的3位为寻址特征位，另3位表示8个寄存器中的任一个：图(c)、图(d)、图(e)均为二地址格式指令，但操作数来源不同，有寄存器—寄存器型、寄存器—存储器型和存储器—存储器型。
　　PDP-11指令系统和寻址方式比较复杂，这既增加了硬件的价格，又增加了编程的复杂度，但好处是能编出非常高效的程序。

　　3．IBM 360
　　IBM 360属系列机，所谓系列机是指其基本指令系统相同，基本体系结构相同的一系列计算机。IBM370对IBM360是完全向上兼容的。所以IBM 370可看作IBM360的扩展或延伸或改进。
　　IBM360是32位机器，按字节寻址，并可支持多种数据类型，如字节、半字、字、双字(双精度实数)、压缩十进制数、字符串等等。在CPU中有16个32位通用寄存器(用户可选定任一个寄存器作为基址寄存器BR或变址寄存器IX)，4个双精度(64位)浮点寄存器。指令字长有16位、32位、48位三种，如下图所示。

　　图中共画出了五种指令格式，它们的操作码位数均为8位。RR格式是寄存器—寄存器格式，两个操作数均在寄存器中，完成(R₁)OP(R₂)→R₁的操作，RX是二地址格式的寄存器—存储器型指令，一个操作数在寄存器中，另一个操作数在存储器中，其有效地址由变址(X)和基址(B)寻址方式求得，可以完成(R)OP M[(x)+(B)+(D)] →R的操作。RS格式是三地址格式的寄存器一存储器型指令，完成(R3)OP M[(B)+D] →R₁操作。SI格式中的I为立即数，它完成立即数→M[(B)＋D]的操作。SS格式是存储器—存储器指令，两个操作数均在存储器，这类指令用于十进制运算和字符串处理，数据长度字段L可定义一个长度(1—256个字符)或两个长度(每一个为1～16个十进制数)，它完成M[(B₁)+D₁] OP M[(B₂)+D₂] →M[(B₁)+D]的操作。

　　4．Inte18086/80486系列机
　　Inte18086/80486系列微机的指令字长为1～6个字节，即不定长。如零地址格式的空操作指令NOP只占一个字节；一地址格式的CALL指令可以是3字节(段内调用)或5字节(段间调用)；二地址格式指令中的两个操作数，既可以是寄存器一寄存器型、寄存器—存储器型，也可以是寄存器—立即数型或存储器一立即数型，它们所占的字节数分别为2、2～4、2～3、3～6个字节。