精简指令集和复杂指令集及指令格式

Posted 2021-12-04 kele-dad

5.1 介绍

• CISC：复杂指令集
• RISC：精简指令集

5.1.1 CPU 模型

• 复杂指令集和精简指令集取决于CPU 中的控制器的 N
• N=111（8051） 复杂指令集
• N=34 （ARM） 精简指令集
• SWAP（1） <---> MOV （3） 2/8 定律

5.1.2 编程语言

• 编程语言分为编译型和解释行
  • 编译型：即本地语言，直接生成机器码
  • 解释型：JAVA 语言，一次编译到处运行(JVM 本身是一个进行，去分配内存空间，将字节码转成机器码，用户程序含在此进程中)
    • 源文件--》编译器--》字节码--》JVM(解释)--》机器码

5.1.3 RISC 架构的特点

• 采用固定长度的指令格式
• 使用单周期指令，便于流水线操作
• 大量使用寄存器，采用 LS 结构访问存储器
• 采用 CISC 架构的处理器具有相反的特征， 不过功能更强大。 采用 CISC 架构的处理器有 X8

5.2 指令格式

5.2.1 指令格式

• <指令助记符>{<执行条件>}{S}    <目标寄存器>,<操作数 1 的寄存器>{,<第 2 操作数>}
• 注意：
  • 指令助记符就是指令
  • 执行条件可以写也可以不写，不写的话，系统会有个默认的执行条件添加
  • < >号内的项是必需的
  • { }号内的项是可选的
  • S： 是否影响 CPSR 寄存器的值，书写时影响 CPSR，不写的话不会影响 CPSR
    • 如下面的 SUBS，本身是 SUB 指令，加了 S 后就影响到 CPSR 的标志位了
  • CMP 不需要增加"S"就可改变相应的标志位
• 例如：

• SUBS PC,LR,#4
  MOV R0,#0x00
  LDR R0,[R1]
  

• 所有指令都是 32bit,load/store 体系结构(对存储器的访问只能使用加载和存储指令实现)

5.2.2 条件码和机器码

在 ARM 状态，所有的指令都可以按照 CPSR 状态码和指令条件字段的状态来有条件地执行。
此字段（位[31:28]）确定了在什么情况下哪一个指令被执行。如果 C，N，Z 和 V 标志位的状态符合字段的条件码，将执行指令，否则忽略不执行。
有 16 种可能的条件，每种表示为在指令助记符后附加两个字符后缀。例如，一个分支（汇编语言中的 B）跳转指令变成 BEQ 为“如果相等则分支跳转”，这意味着只有 Z 标志位被置位了才会执行分支跳转。
在实际应用当中，将会使用到 15 种不同的条件：如下表所列，保留第 16 种（1111），并且一定不要使用。

　　

使用指令条件码可实现高效的逻辑操作， 提高代码执行效率。 例如:

if(a > b) a++;     CMP R0,R1
else b++;          ADDHI R0,R0,#1
                   ADDLS R1,R1,#1


                   MOV R0,#0x00 <--> MOVAL R0,#0x00

　　　　　　　　　　　　　　　

机器码： MOV R0,#0x00 <------> 1110 001 1101 0 0000....000 -->0xE3A00000
数据存储指令的机器码是 1110 001，1110 是条件码，

MOV 指令的机器码是 1101

0 为 S 的机器码，0 为禁用，1 为启动

0000...000 为R0，#0x00