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指令系统

指令概述

用计算机解题时，一般都要编制程序，程序既可用高级语言编写，亦可用机器语言编写，但计算机只能够识别和执行用机器语言编写的程序，各种高级语言编写的应用程序，最终都要翻译成机器语言来执行。

机器语言是由一系列的指令（语句）组成的，指令的格式就是机器语言的语法。每条指令规定机器完成一定的功能，一台计算机的所有的指令集合称为该机的指令系统或指令集。它是程序工作者编制程序的基本依据，也是进行计算机逻辑设计的基本依据。

一条指令应包含如下信息：

1. 进行何种操作，即操作性质。体现在指令中被称为操作码；
2. 操作的对象，数据来源以及如何寻找操作数。体现在指令中被称为地址码；
3. 下一条指令又如何寻找。

指令一般由操作码和地址码两部分组成，它的基本格式如下：<操作码> <地址码>。

操作码

操作码是说明指令操作性质的二进制数代码。操作码所占的二进制位数决定了一台计算机所能允许的指令条数。例如，操作码占用六位二进制码时，这台计算机最多允许有$2^6=64$条指令。

操作码字段分两种：

1. 固定长度操作码：固定长度操作码是指操作码所占的二进制位数固定不变，而且集中放在指令字的一个字段中。这种格式有利于简化硬件设计，减少指令译码时间，广泛用于字长较长的大、中型计算机和超级小型计算机中。例如IBM370和VAX-11系列机中，操作码的长度都是8位，可表示256条指令。

2. 可变长度操作码：可变长度操作码是操作码扩展技术的应用，即操作码的长度是可变的，且分散地放在指令的不同字段中。这种格式有利于压缩程序中操作码的平均长度，在字长较短的微型机中被广泛应用。如：PDP-11，INTEL 8086/80386等，其操作码的长度均是可变的。在可变长操作码的指令系统设计中，究竟使用何种扩展方法为好，指令的使用频度（即在程序中出现的概率）是非常重要的依据。即频度高的指令应分配短的操作码，频度低的指令则分配较长的操作码。这样，既可有效地缩短操作码在程序中的平均长度，节省存储空间，又可缩短常用指令的译码时间以提高程序的运行速度。可变长度操作码的缺点是译码系统比固定操作码复杂，增加了设计控制器的难度，需要更多的硬件作支持。

地址码

指令中的地址码用来指出该指令的源操作数地址(一个或两个)、结果地址及下一条指令的地址。这里的地址可以是主存地址，也可以是寄存器地址，甚至可以是I/O设备的地址。

机器字长

机器字长度简称字长，指计算机能直接处理的二进制数据的位数。字长是计算机中的一项重要技术指标，字长越长，计算机的运算精度越高，字长还能反映指令的直接寻址能力，若字长n位全用来寻址，可直接 寻址$2^n$个字节，为了便于处理字符数据及尽可能地利用存储空间，一般把机器字长定为字节长度（8位）的整数倍，即是8位、16位、 32位或64位。

微型、小型机的字长多为8位、16位和32位，中、大型机的字长多为32位和64位。因此，一个字中可以存储1个、2个、4个或8个字符。

指令字长

指令字的长度取决于操作码的长度、操作数地址的长度和操作数地址的个数。由于操作码的长度、操作数地址的长度以及所采用操作数地址数目不同，各种指令的长度不是固定的，当然也不是任意的。

为了充分利用存储空间，指令字的长度也定为字节长度的整数倍。例如INTEL 8086/80586系列机的指