計算機是通過執行指令來處理各種數據的。為了指出數據的來源、操作結果的去向及所執行的操作，一條指令必須包含下列信息：

(1)操作碼（OP），具體說明了操作的性質及功能
(2)第一操作數的地址$A_1$
(3)第二操作數的地址$A_2$
(4)操作結果存放地址$A_3$
(5)下一條將要執行指令的地址$A_4$

由上可得，一條指令包括兩種信息：操作碼，地址碼

操作碼地址碼

此外補充一下其他知識：
字長：計算機在單位時間內(同一時間)能一次處理一組二進制數的位數，決定了計算機的運算精度和一次處理能力。其中包含了CPU、寄存器、Data bus等能夠一次傳輸數據的能力

字節：1Byte=8bit

地址碼長度（操作數）：地址碼的位數，存儲器可以按字長存儲單元或字節存儲單元編址，地址碼的位數可以尋$2^N$個存儲單元地址。所以地址碼長度決定了指令的直接尋址能力。

指令長度：操作碼長度+操作數地址碼長度+操作數地址個數。指令長度和字長沒有固定的聯系

一、定長編碼指令格式
這是最簡單的一種編碼方法。操作碼字段的位數和位置固定，為能夠表示整個指令系統中的全部指令，指令的操作碼字段應當具有足夠的位數。
設指令系統共有m條指令，指令中操作碼字段的位數為N位，則滿足
m<=$2^N$

上圖為IBM370機的指令格式

二、變長編碼指令格式
變長編碼的操作碼字段位數是不固定的，且分散地放在指令字的不同位置上。

上圖為PDP-11機的指令格式圖（PPT里截的圖）

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下面放一道例題來熟悉一下這兩種編碼方式的應用

例：設某計算機字長16位，欲使設計的指令系統有零地址指令16條，一地址指令有15條，二地址指令有15條，三地址指令有15條，設每個地址碼字段為4位，應如何設計？

解法一、定長操作碼解法

共需要滿足15+15+15+16=61條指令

由$2^6$=64>61

所以操作碼長度為6位
零地址指令長度6位
一地址指令長度10位
二地址指令長度14位
三地址指令長度18位

若要求指令字長為字節的整數倍，則
零地址指令長度8位
一地址指令長度16位
二地址指令長度16位
三地址指令長度24位

解法二、操作碼擴展技術解法

$2^4$=16>15

指令格式為
各個字段均為4位，指令長度16位。
(1)把4位操作碼的編碼0000~1110作為15條三地址指令的操作碼，1111作為擴展窗口把操作碼擴展到$A_1$。

(2)8位操作碼編碼1111 0000~1111 1110作為15條二地址指令，1111 1111作為擴展窗口把操作碼擴展到$A_2$。

(3)12位操作碼編碼1111 1111 0000~1111 1111 1110作為15條一地址指令，1111 1111 1111作為擴展窗口把操作碼擴展到$A_3$。

(4)最后16位操作碼編碼1111 1111 1111 0000~1111 1111 1111 1111作為16條零地址指令。

PS：操作碼擴展法即在4位二進制表示的16個碼點中，用前15個(0000開始到1110)來表示最常用指令的操作碼，剩余的一個碼字(1111)作為擴展窗口把操作碼擴展到下一個4位。下一個4位表示的16個碼字按照同樣的原則處理和擴展。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的计算机组成原理——指令格式的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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