==指令系统结构分类==

按照存储分类

1. 堆栈结构
2. 累加器结构
3. 通用寄存器结构：根据操作数来源分为RM，RR （R寄存器，M存储器）

对于不同结构操作数位置和给出方式会不同。

• 显式给出：例如mov
• 隐式给出：例如push，pop

==通用寄存器型结构==

现代指令系统主流结构。
根据ALU指令操作数个数可以分为：

1. 3操作数指令
2. 2操作数指令

寻址方式

寻找有效地址EA
表达方式：

1. 寄存器寻址ADD R1，R2
2. 立即数寻址ADD R1，#6
3. 偏移寻址ADD R1，120（R2）
4. 寄存器间接寻址ADD R1，（R2）
5. 索引寻址ADD R1，（R2+R3）
6. 直接寻址ADD R1，（1000）
7. 存储器间接寻址ADD R2，@（R1）
8. 自增寻址ADD R1，（R2）+ //R2会自增
9. 自减寻址ADD R1，-（R2）
10. 缩放寻址ADD R1，80（R2）[R3]

不同寻址方式使用频率不同
最高为立即数寻址和偏移寻址

物理空间的信息存放问题：

如果使用左侧则会降低读入效率，右侧浪费存储空间。

指令系统的设计与优化

指令系统的设计

功能设计，格式设计。
指令系统的设计需要考虑速度，成本，灵活性

==指令系统的基本要求==

1. 完整性：提供的指令对于程序而言足够
2. 规整性：每种操作要对所有数据类型都兼容
3. 正交性：不同含义字段互不相干，互相独立
4. 高效率：速度快
5. 兼容性：向后兼容

控制指令

包括：跳转，分支。
对于控制指令而言，分支指令最为常用。
分支条件的方法：

优化

哈夫曼编码

==使用频率最高的用最短的编码。==
构造方式：哈夫曼树
缺点：变长，难以处理。
改进：使用几种固定长度的编码，但是也是概率高的用短的。

操作码优化程度的判定

信息熵：

信息冗余计算=(实际平均编码长度-理论最短平均长度)/实际平均编码长度 *100%

等长扩展码

15/15/15编码 每一轮的1111作为扩展位
8/64/512编码 每四位选第一为做扩展位

定长操作码：目前常用

优点：编译速度快
缺点：存储空间占用大

==编码格式==

1. 可变长度编码格式：
2. 固定长度编码：操作码和寻址方式放到一起，大部分RISC使用
3. 混合型编码格式：类似哈夫曼改进。

指令系统的发展和改进

CISC方向

指令数量多，功能多。
改进方向：

1. 面向目标程序增强指令功能：增强处理速度，I/O，控制
2. 面向高级语言优化
3. 面向操作系统优化：进程同步互斥信号量。

RISC方向

只对常用指令编码。
指令定长，指令条数少。

操作数的类型和大小

表示操作数的方法

1. 给指令操作码制定的操作数
2. 给数据加上表示，数据本身给出操作类型。

操作数大小

字节，半字，字，双字

操作数表示

字符：ASCII
整数：二进制补码
浮点：IEEE 754

MIPS指令系统结构

MIPS寄存器：

1. 32个64位通用寄存器
2. 32个64位浮点数寄存器
3. 特殊寄存器，如溢出
   数据表示：
   字节8b半字16b字32b双子64b
   存储方式：
   大端存储：低地址放高位，高地址放地位

MIPS指令格式分类：

1. I类指令（立即跳转），如load，store，立即数，分支，寄存器跳转
   
2. R类指令（Register）
   
3. J类指令（Jump）