考研计算机：计算组成原理-操作数类型和操作类型

机器中常见的操作数类型有地址、数字、字符、逻辑数据等。

1. 地址

地址实际上也可看做是一种数据，在许多情况下要计算操作数的地址。这时，地址可被认为是一个无符号的整数。

2. 数字

计算机中常见的数字有定点数、浮点数和十进制数。

3. 字符

在应用计算机时，文本或者字符串也是一种常见的数据类型。由于计算机在处理信息过程中不能以简单的字符形式和传送，因此普遍采用ASCII码。

4. 逻辑数据

计算机除了作算术运算外，有时还需作逻辑运算，此时n个0和1的组合不是被看作算术数字，而是被看作逻辑数。

（二）操作类型

不同的机器，操作类型也是不同的，但几乎所有的机器都有以下几类通用的操作。

1. 数据传送指令：

用于实现寄存器与寄存器、寄存器与存储单元、存储单元与存储单元之间的传送。如从源到目的之间的传送，对存储器读和写、交换源和目的的内容、置一、清零、进栈、出栈等。

2. 算逻运算指令

算术运算：+、-、´、¸、比较、求补等。逻辑运算：与、或、非、异或、位操作等。

3. 移位操作指令

算术移位、逻辑移位、循环移位。算术移位和逻辑移位分别可实现对有符号数和无符号数乘以2-n（左移）或2n（右移）的运算，并且移位操作所需时间远比乘除操作执行时间短，因此，移位操作经常被用来代替简单的乘法和除法运算。

4. 转移类指令

转移指令用来控制程序的运行方向，实现程序的分支。转移指令按其转移特征又可以分为无条件转移、条件转移、跳转、过程调用与返回、陷阱等几种。

①无条件转移

不受任何条件约束，直接把程序转移到指令所指定的目的地，从那里开始执行。

②条件转移

条件转移是根据当前指令的执行结果来决定是否需要转移，如果条件满足，则转移；若条件不满足，则继续按顺序执行。一般机器都能提供一些条件码，这些条件码是某些操作的结果。常用的标志有以下几种：

（a）零标志位（ZF），如果ZF=1，表示结果为0。

（b）符号标志位（NF），如果NF=1，表示结果为负。

（c）溢出标志位（VF），如果VF=1，表示结果有溢出。

（d）进（借）位标志位（CF），如果CF=1，表示最高位有进（借）位。

（e）奇偶标志位（P），如果P=1，表示结果呈偶数。

③调用与返回指令（CALL、RETURN）

在编写程序的过程中，有些具有特定功能的程序段会被反复使用。为避免重复编写，可将这些程序段设定为独立子程序。子程序（过程）是指经常使用的、能独立完成某一特定功能的程序段。该程序段在需要时可随时调用，而不必多次重复编写，以便节省存储空间和简化程序设计。通常调用指令包括过程调用、系统调用和子过程调用。它可以实现从一个过程转移到另一个程序的操作。

④陷阱（Trap）与陷阱指令

陷阱其实是一种意外事故的中断。例如，在机器运行中，可能会出现电源电压不稳定，存储器校验出差错，除数出现0，运算结果溢出等种种意外事件，致使计算机不能正常工作。因此，一旦出现意外故障，计算机就发出陷阱信号，暂停当前程序的执行，转入故障处理程序进行相应的故障处理。

计算机的陷阱指令一般不提供给用户直接使用，而作为隐指令（指令系统中不提供的指令），在出现意外故障时，由CPU自动产生并执行。也有的机器设置供用户使用的陷阱指令或“访管”指令，利用它完成系统调用和程序请求。

5. 特权指令

所谓特权指令是指具有特殊权限的指令，旨在执行某些特殊的操作。它只能用于OS或其它系统软件，而用户不能使用。

一般来说，单用户、单任务机器中不一定需要特权指令，而多用户、多任务机器中，特权指令是必不可少的。特权指令主要用于系统资源的分配和管理，包括改变系统的工作方式、检测用户的访问权限、请求提供更高特权的软件服务、为用户提供指令系统扩展、对某些系统状态信息进行存取操作、完成任务的创建与切换等。

不同机器的指令系统是各不相同的，从指令的操作码功能来考虑，一个较完善的指令系统，应当有数据处理、数据存储、数据传送、程序控制四大类指令。基本和常用的指令参看表1。

表1 基本指令系统的操作举例