本文主要用 IBM360、Intel x86 的指令集作为例子。
这张图片展示的是 IBM System/360 计算机的指令格式（Instruction Format），属于计算机组成原理或体系结构课程中的经典内容。它详细列出了 IBM 360 架构中五种主要的指令格式：RR、RX、RS、SI、SS，并说明了每种格式的字段划分、位数分配以及对应的寻址方式和操作类型。
IBM360 总体说明
- IBM System/360 是 IBM 在 1964 年推出的一系列大型机，其设计影响深远，奠定了现代计算机体系结构的基础。
- 所有指令长度固定为 32位（4字节），但根据功能不同，内部字段划分不同。
- 每种格式都以 OP（操作码） 开头，占8位（1字节），用于指定要执行的操作（如加法、跳转等）。
- 其余字段用于指定操作数（寄存器、内存地址、立即数等）。
🔍 各指令格式详解
1️⃣ RR 格式 ------ Register-Register（寄存器 - 寄存器）
| OP (8) | R₁ (4) | R₂ (4) |- 用途：两个操作数都在寄存器中。
- 示例指令 ：
AR R1, R2（将 R2 加到 R1） - 寻址方式：直接寄存器寻址。
- 特点：最短、最快，因为不涉及内存访问。
- 标注："二地址 R-R" → 表示有两个操作数，都是寄存器。
2️⃣ RX 格式 ------ Register-Indexed（寄存器 + 变址）
| OP (8) | R₁ (4) | X (4) | B (4) | D (12) |- 用途：一个操作数在寄存器 R₁，另一个在内存，通过"基址+变址+位移"计算地址。
- 地址计算公式 ：
有效地址 = [B] + [X] + D[B]：基址寄存器内容[X]：变址寄存器内容D：12位位移量（有符号）
- 示例指令 ：
A R1, D(X,B)（将内存位置的值加到 R1） - 标注："二地址 R-M"、"基址加变址寻址"
✅ 这是最常用的格式之一，支持灵活的内存访问。
3️⃣ RS 格式 ------ Register-Storage（寄存器 - 存储）
| OP (8) | R₁ (4) | R₃ (4) | B (4) | D (12) |- 用途：类似 RX，但第二个操作数是寄存器 R₃（而不是变址寄存器 X），常用于加载/存储多个寄存器或字符串操作。
- 地址计算 ：
有效地址 = [B] + D - 示例指令 ：
LM R1,R3,D(B)（从内存加载多个寄存器） - 标注："三地址 R-M"、"基址寻址"
⚠️ 注意：虽然叫"三地址"，但实际上只有两个操作数（R₁ 和 内存），第三个字段 R₃ 是辅助寄存器（比如用于循环计数或掩码）。
4️⃣ SI 格式 ----- Storage-Immediate（存储 - 立即数）
| OP (8) | I (8) | B (4) | D (12) |- 用途：一个操作数是8位立即数 I，另一个是内存单元。
- 地址计算 ：
有效地址 = [B] + D - 示例指令 ：
MVI D(B), I（将立即数 I 存入内存位置） - 标注："立即数 -- M"、"基址寻址"
💡 常用于初始化内存变量或设置标志位。
5️⃣ SS 格式 ----- Storage-Storage（存储 - 存储）
| OP (8) | L (8) | B₁ (4) | D₁ (12) | B₂ (4) | D₂ (12) |- 用途：两个操作数都在内存中，常用于字符串操作或块数据传输。
- L 字段：长度字段（8位），表示操作的数据长度（如字符个数）。
- 地址1 ：
[B₁] + D₁ - 地址2 ：
[B₂] + D₂ - 示例指令 ：
MVCL R1,R2（移动字符长串）、CLC（比较字符） - 标注："二地址 M-M"、"基址寻址"
🧩 这是最复杂的格式，总长仍为32位，但包含两个完整的内存地址和一个长度字段，适合处理可变长度数据。
📊 对比总结表
| 格式 | 操作数类型 | 地址计算方式 | 典型应用 | 字段数 |
|---|---|---|---|---|
| RR | 寄存器 - 寄存器 | 无 | 算术逻辑运算 | 3 |
| RX | 寄存器 - 内存 | [B] + [X] + D | 通用内存访问 | 5 |
| RS | 寄存器 - 内存 | [B] + D | 多寄存器加载/存储 | 5 |
| SI | 立即数 - 内存 | [B] + D | 初始化内存 | 4 |
| SS | 内存 - 内存 | [B₁]+D₁, [B₂]+D₂ + 长度 L | 字符串/块操作 | 6 |
🎯 教学意义
这张图常用于讲解：
- 指令集架构（ISA）的设计思想
- 如何平衡指令长度、灵活性与硬件复杂度
- 寻址方式的多样性（直接、基址、变址、立即数等）
- CISC（复杂指令集）的特点：IBM 360 是典型的 CISC 架构，指令格式多样，功能强大，但解码复杂。
❗ 注意事项
- 所有字段位数加起来必须等于32位（验证一下：RR=8+4+4=16？不对！等等...）
⚠️ 重要纠正：
实际上，IBM 360 的指令是 按字节编址 ，每条指令长度为 2字节、4字节或6字节，不是全部32位！
但在本图中，所有格式都被画成 32位（4字节），这是为了教学简化，统一展示字段分布。实际中：
- RR：2字节（16位）→ OP(8)+R1(4)+R2(4)
- RX/RS/SI：4字节（32位）
- SS：6字节（48位）→ 但图中只画了前4字节？不，图中 SS 格式确实是6字段共 8+8+4+12+4+12 = 48位！
✅ 所以这张图其实是 混合了真实结构与教学简化：
- RR 应该是16位，但图中画成32位是为了对齐其他格式。
- SS 是48位，图中完整画出。
- 其他是32位。
👉 因此，在学习时要注意：IBM 360 指令长度可变，并非全是32位。这张图是为了便于对比而做的标准化呈现。
✅ 总结
这张图清晰地展示了 IBM 360 架构如何通过不同的指令格式来支持丰富的操作类型和寻址模式，体现了早期大型机设计的精巧与实用性。理解这些格式有助于掌握：
- 指令编码的基本方法
- 寻址机制的实现
- CISC 架构的核心特征
- 历史架构对现代 CPU 的影响（如 x86 也继承了类似的复杂指令格式）
如果你正在学习《计算机组成原理》或《体系结构》，这张图是非常经典的考点！
📌 建议记忆口诀：
"RR快，RX灵，RS多，SI简，SS长。"
------ 分别对应速度、灵活性、多功能、简单性、大数据处理能力。
希望这个讲解对你彻底理解 IBM 360 指令格式有所帮助！如有具体指令例子或想深入某一种格式，欢迎继续提问 😊
Intel 8086 详细讲解
这张图片是关于 Intel 8086 微处理器指令系统的基础讲解，属于计算机组成原理或汇编语言课程中的经典内容。它重点介绍了 8086 指令的两个核心特性：
- 指令字长可变（1~6 字节）
- 地址格式分类（零地址、一地址、二地址）及对应指令示例
- Intel 8086 是 1978 年推出的 16 位微处理器，是 x86 架构的开端。
- 它采用 CISC（复杂指令集） 设计，指令长度不固定，从 1 到 6 字节不等。
- 支持多种寻址方式和操作数类型（寄存器、立即数、内存），因此指令编码灵活但复杂。
(1) 指令字长：1 ~ 6 个字节
✅ 关键点：8086 指令长度不是固定的！
这与前面讲的 IBM 360 类似，但 8086 更"自由"------根据操作数和操作码不同，指令长度动态变化。
示例对比：
➤ INC AX ------ 1 字节
- 含义：将寄存器 AX 的值加 1。
- 为什么只有 1 字节？
- 操作码本身隐含了操作对象（AX）。
- 不需要额外指定操作数地址或数据。
- 编码紧凑高效。
➤ MOV WORD PTR[0204], 0138H ------ 6 字节
- 含义 ：将立即数
0138H存入内存地址0204H处的一个字（2 字节）。 - 为什么需要 6 字节？
- 第 1 字节：操作码（MOV）
- 第 2 字节：ModR/M 字节（指定操作数为内存 + 立即数）
- 第 3~4 字节：偏移地址
0204H（16 位） - 第 5~6 字节：立即数
0138H（16 位）
💡 注意：
WORD PTR是汇编语法，告诉 assembler 要操作的是"字"（2 字节），而不是字节。
(2) 地址格式分类
这是按操作数个数对指令进行分类的方法，常用于教学分析：
| 类型 | 说明 | 示例 | 字节数 | 特点 |
|---|---|---|---|---|
| 零地址 | 无操作数 | NOP | 1 | 最简单，仅执行空操作 |
| 一地址 | 一个操作数 | CALL 段间/段内调用 | 3~5 | 用于控制转移 |
| 二地址 | 两个操作数 | ADD AX, BX / [3048H] 等 | 2~4 | 最常见，算术/logic 运算 |
🔹 零地址指令：NOP
asm
NOP ; No Operation- 功能：什么都不做，常用于延时、占位、对齐。
- 编码 ：单字节
90H - 用途：调试、填充、同步等。
🔹 一地址指令：CALL（子程序调用）
➤ CALL 段内调用 ------ 3 字节
- 含义：在同一代码段内跳转到子程序。
- 结构 ：
- 第 1 字节：操作码
- 第 2~3 字节：相对偏移量（16 位有符号数）
- 特点：只需保存 IP（指令指针），不需保存 CS（代码段寄存器）。
➤ CALL 段间调用 ------ 5 字节
- 含义：跨段调用子程序（改变 CS:IP）。
- 结构 ：
- 第 1 字节：操作码
- 第 2~3 字节：目标偏移地址（IP）
- 第 4~5 字节：目标段地址（CS）
- 特点：需同时保存和恢复 CS 和 IP，开销更大。
🧠 小知识：现代 x86 中，"段"的概念已弱化，但在 8086 时代非常重要！
🔹 二地址指令：ADD（加法）
这类指令有两个操作数：目的操作数 和 源操作数。
➤ ADD AX, BX ------ 2 字节（寄存器 - 寄存器）
- 含义：AX = AX + BX
- 编码 ：
- 第 1 字节：操作码 + ModR/M（指示两个寄存器）
- 无需额外数据
- 最快：因为都在 CPU 内部，无需访问内存。
➤ ADD AX, 3048H ------ 3 字节（寄存器 - 立即数）
- 含义：AX = AX + 3048H
- 编码 ：
- 第 1 字节：操作码
- 第 2~3 字节：立即数
3048H
- 注意：这里立即数是 16 位，所以占 2 字节。
➤ ADD AX, [3048H] ------ 4 字节（寄存器 - 存储器）
- 含义：AX = AX + 内存地址 3048H 处的内容
- 编码 ：
- 第 1 字节：操作码
- 第 2 字节：ModR/M（指示操作数为直接内存地址）
- 第 3~4 字节：偏移地址
3048H
- 最慢：需要访问内存，可能涉及总线周期。
⚠️ 注意：这里的
[3048H]表示"取该地址的内容"，而不是地址本身。
📊 总结对比表
| 指令类型 | 示例 | 操作数来源 | 字节数 | 速度 | 应用场景 |
|---|---|---|---|---|---|
| 零地址 | NOP | 无 | 1 | 最快 | 占位、延时 |
| 一地址 | CALL 段内 | 相对偏移 | 3 | 快 | 子程序调用 |
| CALL 段间 | 绝对段+偏移 | 5 | 较慢 | 跨段调用 | |
| 二地址 | ADD AX, BX | 寄存器 - 寄存器 | 2 | 最快 | 高速运算 |
| ADD AX, 3048H | 寄存器 - 立即数 | 3 | 快 | 常量加法 | |
| ADD AX, [3048H] | 寄存器 - 内存 | 4 | 慢 | 访问变量/数组元素 |
🎯 教学意义
这张图帮助学生理解：
✅ 指令长度为何可变 → 因为操作数类型和数量不同
✅ 如何通过地址格式分类指令 → 便于分析和设计 CPU 解码逻辑
✅ 不同寻址方式的代价差异 → 寄存器 > 立即数 > 内存
✅ x86 CISC 架构的典型特征 → 灵活、强大、但解码复杂
❗ 注意事项 & 常见误区
-
"地址格式" ≠ "寻址方式"
- 地址格式是按操作数个数分（零/一/二地址）
- 寻址方式是按如何计算有效地址分（直接、间接、基址、变址等）
-
字节数计算要准确
- 例如
ADD AX, [3048H]是 4 字节：操作码(1) + ModR/M(1) + 偏移(2)
- 例如
-
段间 vs 段内调用
- 段内只改 IP，段间改 CS:IP → 影响堆栈保存内容
-
立即数大小决定字节数
- 8 位立即数 → 1 字节；16 位立即数 → 2 字节
记忆口诀
"零地 NOP 一字节，一地 CALL 分三段；
二地 ADD 看 operand，寄存最快内存慢。"
与 IBM 360 对比（延伸思考）
| 特性 | IBM 360 | Intel 8086 |
|---|---|---|
| 指令长度 | 固定 2/4/6 字节 | 可变 1~6 字节 |
| 地址格式 | RR/RX/RS/SI/SS | 零/一/二地址 |
| 寻址方式 | 基址+变址+位移 | 直接、寄存器、立即数等 |
| 架构风格 | 大型机 CISC | 微处理器 CISC |
| 影响 | 奠定大型机标准 | 开创 x86 PC 时代 |