指令系统

指令系统

指令系统

指令的基本格式

扩展操作码指令格式

指令的寻址方式

指令寻址

1. 对于变长指令字结构，CPU先读入一个字，然后根据操作码判断这条指令的总字节数，再接着去修改PC的值。

数据寻址

1. EA:effective address

第一类寻址方式

偏移寻址

1. 基址寄存器（BR, base address register）,也就是操作系统中的重定位寄存器。可用通用寄存器实现。
2. 基址寄存器是面向操作系统的，其内容由操作系统或管理程序确定。当采用通用寄存器作为基址寄存器时，可由用户决定哪个寄存器作为基址寄存器，但是其内容仍由操作系统确定。
3. 变址寄存器（IX, index register），可用通用寄存器实现。常用于循环程序。
4. 变址寄存器是面向用户的，在程序执行过程中，变址寄存器的内容可由用户改变。其中，IX作为偏移量，形式地址A不变，作为基地址。
5. 相对寻址是相对于下一条指令偏移A的地址，因为PC每取出一个指令后都会+1。广泛应用于转移类指令。
6. 基址寻址的浮动指的是整段程序在内存中的浮动，而相对寻址的浮动指的是一段代码在程序内部的浮动。

堆栈寻址

1. SP: stack pointer
2. 操作数存放在堆栈中，隐含使用堆栈指针（SP）作为操作数地址。
3. 硬堆栈和软堆栈的区别就是存放的位置，前者是寄存器，后者是内存。实际生活中，大多数还是使用软堆栈实现的，因为便宜。

程序的机器级代码表示

高级语言与机器级代码之间的对应

1. ptr没有明确意思，只是类型强制符，用来明确内存操作的数据位数。

1. 此处的X意思就是放什么不确定，什么都有可能放，因此是通用的。
2. 去掉E的话就意味着只使用低16位。
3. 未指明长度默认32bit

常用的x86汇编指令

AT&T格式和Intel格式

选择语句的机器级表示

1. 在x86处理器中，程序计数器PC常被称为IP（Instruction Pointer）

循环语句的机器级表示

x86中loop指令默认使用ecx作为循环计数器

函数调用的机器级表示

Call和ret指令

1. Call<函数名> 是函数调用指令。
2. 将IP旧值压入栈顶。

3. 设置IP新值，无条件转移到被调用函数的第一条指令。

4. ret 是函数返回指令（return），从函数的栈帧顶部找到IP旧值，并将其出栈并恢复IP寄存器。

如何访问栈帧

1. 在x86中push、pop指令都是以4字节为单位。
2. pop eax意思是 弹出栈顶元素至eax中。

如何切换栈帧

1. 为什么栈顶是IP旧值：当切换到新的栈帧后需要找到上次执行到哪条指令了，因此首先应该读到的就是上次该执行的指令的地址，并送到IP中；我调用了另一个函数，我要记住我现在干到哪了，所以离开前我要保存我回来的时候该干哪了，因此栈顶是IP旧值。
2. 为什么栈底是上一层函数栈帧的基址，当栈中只剩栈底时就代表当前这个函数要执行完了，要返回上一层函数，因此要找到上一层函数栈帧的基地址。
3. 执行一个函数的时候就是往栈里存东西，执行完后就是直接把指针移到底部就代表移出了。

如何传递参数和返回值

1. 通常将局部变量集中存储在栈帧底部区域。
2. C语言中越靠前定义的变量越靠近栈顶。
3. 通常将调用参数集中存储在栈帧顶部的区域。
4. 调用参数越靠前的参数越靠近栈顶。
5. gcc编译器会数据对齐，将每个栈帧的大小设置为16B的整数倍（当前运行的函数的栈帧除外）
6. mov指令不支持两个操作数都来自于主存

CISC和RISC的基本概念

1. CISC：Complex Instruction Set Computer。多用于笔记本，电脑。
2. RISC：Reduced Instruction Set Computer。多用于手机，平板。
3. 对于目标代码这一项对比：CISC提供的库函数是不可修改的，RISC则可以自己进行优化。
4. 因为RISC中只有load和store两条指令可以直接访问内存，因此需要更多的通用寄存器。

习题笔记

1. 指令集体系结构处于软硬件的界面上。
2. 指令字和指令格式、通用寄存器个数和位数都与机器指令有关，由ISA规定。
3. 切记！！指令字长通常是 字节（8 位）的整数倍，因此算完指令位数后要检查！！
4. LSB（Least Significant Bit / Byte, 最低有效位 / 字节）