SPARC指令系统概览

尽管CISC的指令多达数百条，而且随着计算机功能的增强，指令的数量也在不断增加，但对CISC的测试表明，最常用的都是一些最简单、最基本的指令，这些指令仅占全部指令系统的20%，而在程序中出现的频率却占80%。因此，从20世纪70年代就提出了精简指令系统计算机（RISC）的设计思想，RISC指令系统的最大特点是：

（1）选取使用频率最高的一些简单指令；

（2）指令长度固定，指令格式种类少，寻址方式种类少；

（3）只有取数/存数指令访问存储器。其余指令的操作都在寄存器之间进行。

SPARC是32位字长的RISC，内部有100多个寄存器，但只有75条指令，三种指令格式，四种寻址方式（立即数、寄存器、寄存器间接和相对寻址方式），而且指令字长度固定为一个字长（32位）。下面以SPARC的指令为例来说明RISC指令系统的特点。

1.指令类型和指令格式

SPARC有以下6种指令类型：

（1）算术运算/逻辑运算/移位指令；

（2）取数（LOAD）/存数（STORE）指令；

（3）控制转移指令；

（4）读/写专用寄存器指令；

（5）浮点运算指令；

（6）协处理器指令。

后两类指令由浮点运算器或协处理器完成。

2.指令的功能与寻址方式

（1）算术/逻辑运算指令。功能：将Rs1、Rs2的内容（或Simm13）按操作码规定的操作运算后将结果送往Rd，即

（Rs1）OP（Rs2）→Rd（i=0时）

或　　（Rs1）OP Simm13→Rd（i=1时）

RISC的特点之一是所有参与算术/逻辑运算的数据均在寄存器中。例如：

ADD　R1，R2，R3；（R1）+（R2）→R3(www.xing528.com)

ADD　R1，60H，R3；（R1）+60H→R3

（2）取数/存数指令。功能：LOAD指令的功能是将存储器中的数送往Rd中，而STORE指令是将Rd中的数据送往存储器中。

存储器地址计算方法如下：

i=0时，存储器地址=（Rs1）+（Rs2）

i=1时，存储器地址=（Rs1）+Simm13

在RISC的指令系统中，只有LOAD/STORE指令访问存储器。

例：LOAD　R1，R2，R3；（（R1）+（R2））→R3

STORE，R3，R1，60H；R3→（（R1）+60H）

（3）控制转移类指令。这类指令改变PC的值，SPARC共有5种控制转移指令。

①条件转移BRANCH：由Cond字段决定程序是否转移，用相对寻址方式形成转移地址。

②转移并连接（JMPL）：将本条指令的地址（PC值）保存在以Rd地址的寄存器中，以备程序返回时使用。用寄存器间址方式形成转移地址。

③子程序调用（CALL）：采用相对寻址方式形成转移地址。

④陷阱（TRAP）：采用寄存器间址方式形成转移地址。

⑤从TRAP程序返回（RETT）：用寄存器间址方式形成转移地址。

（4）读/写专用寄存器指令。SPARC有4个专用寄存器（PSR、Y、WIM、TBR），其中PSR称为程序状态寄存器，它的内容反映并控制机器的运行状态，读/写PSR的指令一般是特权指令。

在SPARC中，有一些指令没有选入指令系统，但很容易使用指令集中的另外一条指令来替代实现。这是因为SPARC约定的内容恒为0，而且立即数可以作为一个操作数处理。表4-2列举了一些指令的替代实现，由此我们可以看出“精简指令系统”的含义和用意。

表4-2　部分指令的替代指今