1 .指令和指令系统
指令是指以二进制表示的计算机能够执行基本操作的指令。 各指令的功能由硬件电路直接实现。 因此，计算机可执行的指令和数据完全由CPU决定。
操作码
操作数
(1)命令格式：
操作码
有m个指令，指令的操作码字段为n位时，有以下关系。
n () ) m
操作码分为a .固定长度的定长码：可以简化指令结构，缩短指令解码时间
b .可变长度编码：实际上是指令系统的优化，但指令的解码上困难，控制器的设计变得复杂
操作数(地址码)用于表示命令操作的对象位于何处。 这些显示格式包括
注：第1操作数地址为A1，第2操作数地址为A2，第3操作数地址为A3，下一个要执行指令地址为A1，其地址单元的内容(用Ai、op表示操作码)表示。
如果在命令中明确给出Ai，则将其称为明确的地址命令； 如果命令没有以预定格式明确给出，则称为隐藏地址命令。
op
a .零地址指令
a1本身没有操作码，被称为无操作数指令，例如停止指令、空操作指令、待机指令等。
a2操作数是指，像堆栈操作系统的命令一样，根据某种约定被隐含指定的操作数
op
A1
b .地址命令
1、-1等b1单操作数运算。
含义： op(a1 )A1
(pc ) 1pc )沉默的完成)
b2双操作数另一个操作数必须放入事先约定的专用寄存器(一般为累计)
含义： (Acc ) op(a1 )Acc
(pc ) 1pc )沉默的完成)
Op
A1
A2
c .次级命令
含义： (A1 ) op(a2 )Acc
(pc ) 1pc )沉默的完成)
d.3地址命令
Op
A1
A2
A3
含义： (A1 ) op(a2 )A3
(pc ) 1pc )沉默的完成)
op
A1
A2
A3
A4
e.4地址命令
含义： (A1 ) op(a2 )A3
A4=下一个执行命令的地址
op(4) )。
a1(4) )。
a2(4) )。
a3(4) )。
指令系统被设计成在指令长度一定情况下，通过操作码扩展方式表示更多的指令
例题。
设计、指令系统包括三号地址指令15条、二号地址指令15条、一号地址指令15条、零号地址指令16条
可以这样设计
命令
编码格式
说明
操作码地址代码
3地址命令
000xxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
110 xxxxxxxxxxxxxxxx
15
2地址命令
1111 0000 xxxx xxxx
1111 1110 xxxx xxxx
15
地址命令
1111 1111 0000 xxxx
1111 1111 1110 xxxx
15
零地址指令
1111 1111 1111 0000
1111 1111 xxxx
16
)3)命令系统是指cpu可以执行命令的所有命令的集合
a .简化指令类硬件软化
b .复杂指令类软件的固化
2 .程序的执行
(1)发出命令
控制器将PC内的地址发送到AR，发出“读取”命令。 将读取的命令经由DR发送到IR。 最后的PC 1。
)2)分析指令
ID对IR中的命令进行解码，分析PC指示的存储器中的命令的操作类型。 ID发出控制信号使控制电路工作。
(3)命令的执行
控制电路输出一系列控制信号，从PC指定的地址中取出操作数，发送到与命令的操作类型相对应的装置。 电脑自动加1。
接下来取指令，分析指令，然后执行指令。
一般而言，计算机完成一条指令所花的时间称为一个指令周期。 CPU时钟或工作频率反映了指令周期执行的快慢。
3 .管道技术简述
2可见，一个指令周期内的不同步骤调用CPU内的不同功能部件，造成CPU资源的浪费，同时不能加快计算机执行指令的速度。 为了提高计算机执行指令的速度，提出了流水线技术。
流水线技术命令的执行示意图如下所示
获取指令1——分析指令1——执行指令1——获取指令4——分析指令4——执行指令4
获取指令2——分析指令2——执行指令2——获取指令5——分析指令5
获取指令——分析指令——执行指令——获取指令6
据此，流水线的定义可以将一个复杂的处理过程分为m个复杂度相同、处理时间基本相同的子进程，各子进程由独立的功能部件完成，处理对象在各子进程连接的线路上连续流动。 同时，m个零件同时进行不同的操作，完成不同子流程的处理称为流水线。
另外，根据各部件的速度差，经常在子部件之间设置高速接口锁存器和一定容量的高速缓冲器来保存中间结果。
管线的分类和性能分析在此不讨论。
天下无贼wh
参考资料：编辑计算机组成原理及系统设计马礼等
大学计算机基础李顺新tydym主编