指令的类型

目录

1. 传送类指令

2. 输入/输出（I/O）类指令

3. 算术逻辑运算类指令

4. 程序控制类指令

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1. 传送类指令

功能：将源地址里保存的数据传送到目的地址中保存，传送类指令一般常用助记符 MOV 表示。

用户在编程中能够指定的源端和目的端：

• 寄存器和寄存器之间
• 寄存器和存储器之间
• 存储器和存储器之间

2. 输入/输出（I/O）类指令

主机与外设之间交换信息：

 输入/输出（I/O）类指令实现主机和各外围设备之间的信息传输，输入和输出都以主机为参考点。

• 将信息送入主机，称为输入。
• 将信息送至外围设备，称为输出。

外围设备通过 I/O 接口与系统总线连接，数据的发送/接收者是 I/O 接口中的寄存器，主机对外围设备的访问就是对有关接口寄存器的访问。

主机用输出指令或传送指令，将具体设备的控制命令按约定的代码格式送往接口中的 控制寄存器，向外设发出命令。外设的状态信息以某种格式放在接口的 状态寄存器 中，主机用输入指令或传送指令从状态寄存器中取出有关信息进行查询、分析，以确定主机下一步的工作。主机与外设之间传输的数据存放于 数据寄存器。 

系统总线与 I/O 接口的连接方式：

先给出端口地址（你要用哪个寄存器），再给出控制信号（你是要读还是要写）。

得到端口地址后，我们通过 译码器 来选择相应的寄存器：

译码器的输出端与一个三态门相连，成为寄存器的控制端。当且仅当控制端有效时，才能从寄存器中读出数据。比如 A = 0，B = 0，C = 1，从第二个寄存器中读出数据。

I/O 设备的编址方法：

① 单独编址

早期方法是为每台设备分配一个设备码，I/O 指令中指明设备码和寄存器；常用方法是为每个寄存器（I/O 端口）分配独立的端口地址，I/O 指令中给出端口地址。

例如，存储空间容量为 64K：

• 主存编址：0000H ~ FFFFH
• 端口编址：FF00H ~ FFFFH

单独编址的特点：

• 端口地址的数量远少于存储单元地址的数量
• I/O 地址空间不占主存空间
• I/O 地址可与主存地址重叠

计算机不能根据地址码本身区分存储单元和 I/O 端口，即 I/O 接口寄存器。

因此在处理器的指令集中，需要有专门的 I/O 指令（非数据传送指令）来完成端口的读写操作，又称为 显式 I/O 指令。

IN R, n1     ; 输入指令，将n1单元内容送入R中
OUT n2, R    ; 输出指令，将R内容送入n2单元中

处理器通过对操作码 IN 和 OUT 的译码来判断出是 I/O 指令。对于主存，我们使用操作码 MOV 来完成输入/输出操作。

逻辑电路如图所示：

② 统一编址

I/O 端口地址占 CPU 提供的全部地址空间的其中一部分。

比如，可将地址空间的低端部分分配给主存单元，高端部分分配给 I/O 端口，以示区分。

采用统一编址，计算机可根据地址码本身区分是存储单元地址还是 I/O 端口地址，无需其它控制，对存储单元或 I/O 端口的读写不会发生混乱。

统一编址时，将设备接口中的寄存器视为一个存储单元，采用 一般数据传送指令 实现 I/O 操作，又称为 隐式 I/O 指令。

在指令集中，无需专门的输入/输出指令，采用一般数据传送指令即可进行端口的读写操作：

; 数据寄存器地址为FF00H
; 命令寄存器地址为FF01H
; 状态寄存器地址为FF02H
 
MOV [FF01H], R0    ; 将R0中内容送入命令寄存器中
MOV R1, [FF02H]    ; 将状态寄存器中内容送入R1中
MOV R2, [FF00H]    ; 将数据寄存器中内容送入R2中
MOV [FFOOH], R3    ; 将R3中内容送入数据寄存器中

处理器无需专门的信号来区分是访问存储器还是访问 I/O 端口，译码电路对地址码的译码即可区分出是读写存储器单元还是读写 I/O 端口。

3. 算术逻辑运算类指令

① 算术运算指令

加(ADD)、减(SUB)、乘(MUL)、除(DIV)、求补(NEG)、加1(INC)、减1(DEC)、…

② 逻辑运算指令

与(AND)、或(OR)、非(COM)、异或(EOR)、…

实现对代码位的设置、测试、清除、修改等。

运算结束后大部分会自动设置相应状态标志。 

4. 程序控制类指令

① 转移指令

• 无条件转移：操作码  转移地址
• 条件转移：操作码  转移地址  转移条件

② 转子指令与返回指令

• 转子指令：操作码  子程序入口
• 返回指令：操作码

子程序就是我们常说的函数，每个子程序的最后一条指令都是返回指令。以 C 语言为例，对于有返回值的函数，我们会在最后写上 return ... 进行返回；对于没有返回值的函数，在最后也会隐藏一条 return ; 进行返回。

在高级语言中，函数名就是子程序的入口地址，我们假设这里的 Add 是一个函数名。取完 Add 指令，PC + n，PC 指向下一条指令，再把 PC 压入堆栈中。在 Add 执行结束后，再把 PC 弹出来。

③ 软中断指令

早期主要用于程序调试，现在常用于系统功能调用。 

和转子指令与返回指令的区别：软中断指令具有随机性，比如我们可以随机设置程序断点。

④ 控制指令

•  CLC 清除进位标志
•  NOP 空操作指令
•  HLT 暂停指令
• ...

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CPU内部结构：