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"": "指令係統是計算機硬件的語言係統,也叫機器語言,它是軟件和硬件的主要界麵,從係統結構的角度看,它是係統程序員看到的計算機的主要屬性。因此指令係統表征了計算機的基本功能決定了機器所要求的能力,也決定了指令的格式和機器的結構。對不同的計算機在設計指令係統時,應對指令格式、類型及操作功能給予應有的重視。
計算機所能執行的全部指令的集合,它描述了計算機內全部的控製信息和“邏輯判斷”能力。不同計算機的指令係統包含的指令種類和數目也不同。一般均包含算術運算型、邏輯運算型、數據傳送型、判定和控製型、輸入和輸出型等指令。指令係統是表征一台計算機性能的重要因素,它的格式與功能不僅直接影響到機器的硬件結構,而且也直接影響到係統軟件,影響到機器的適用範圍。
指令係統
指令係統
指令
微機完成規定操作的命令,一條指令通常由操作碼和地址碼組成。
操作數:
計算機在運行過程需要的數據稱為操作數。
概況
一條指令就是機器語言的一個語句,它是一組有意義的二進製代碼,指令的基本格式如:操作碼字段+地址碼字段,其中操作碼指明了指令的操作性質及功能,地址碼則給出了操作數或操作數的地址。
各計算機公司設計生產的計算機,其指令的數量與功能、指令格式、尋址方式、數據格式都有差別,即使是
精簡指令係統計算結構(RISC)來設計芯片
一些常用的基本指令,如算術邏輯運算指令、轉移指令等也是各不相同的。因此,儘管
精簡指令係統計算結構(RISC)來設計芯片各種型號計算機的高級語
言基本相同,但將高級語言程序(例如Fortran語言程序)編譯成機器語言後,其差別也是很大的。因此將用機器語言表示的程序移植到其他機器上去幾乎是不可能的。從計算機的發展過程已經看到,由於構成計算機的基本硬件發展迅速,計算機的更新換代是很快的,這就存在軟件如何跟上的問題。大家知道,一台新機器推出交付使用時,僅有少量係統軟件(如操作係統等)可提交用戶,大量軟件是不斷充實的,尤其是應用程序,有相當一部分是用戶在使用機器時不斷產生的,這就是所謂第三方提供的軟件。
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為了緩解新機器的推出與原有應用程序的繼續使用之間的矛盾,1964年在設計IBM360計算機時所采用的係列機思想較好地解決了這一問題。從此以後,各個計算機公司生產的同一係列的計算機儘管其硬件實現方法可以不同,但指令係統、數據格式、I\/O係統等保持相同,因而軟件完全兼容(在此基礎上,產生了兼容機)。當研製該係列計算機的新型號或高檔產品時,儘管指令係統可以有較大的擴充,但仍保留了原來的全部指令,保持軟件向上兼容的特點,即低檔機或舊機型上的軟件不加修改即可在比它高檔的新機器上運行,以保護用戶在軟件上的投資。
指令的發展曆程
回顧計算機的發展曆史,指令係統的發展經曆了從簡單到複雜的演變過程。早在20世紀50-60年代,計算機大多數采用分立元件的晶體管或電子管組成,其體積龐大,價格也很昂貴,因此計算機的硬件結構比較簡單,所支持的指令係統也隻有十幾至幾十條最基本的指令,而且尋址方式簡單。到60年代中期,隨著集成電路的出現,
指令係統
計算機的功耗、體積、價格等不斷下降,硬件功能不斷增強,指
指令係統令係統也越
來越豐富。在70年代,高級語言己成為大、中、小型機的主要程序設計語言,計算機應用日益普及。由於軟件的發展超過了軟件設計理論的發展,複雜的軟件係統設計一直沒有很好的理論指導,導致軟件質量無法保證,從而出現了所謂的“軟件危機”。人們認為,縮小機器指令係統與高級語言語義差距,為高級語言提供很多的支持,是緩解軟件危機有效和可行的辦法。計算機設計者們利用當時已經成熟的微程序技術和飛速發展的VLSI技術,增設各種各樣的複雜的、麵向高級語言的指令,使指令係統越來越龐大。這是幾十年來人們在設計計算機時,保證和提高指令係統有效性方麵傳統的想法和作法。按這種傳統方法設計的計算機係統稱為複雜指令係統計算機(ComplexSetInstructionComputer),簡稱CISC.RISC是一種計算機體係結構的設計思想,是近代計算機體係結構發展史中的一個裡程碑。然而,直到現在,RISC還沒有一個確切的定義。90年代初,IEEE的MichaelSlater對於RISC的定義做了如下描述:RISC處理器所設計的指令係統應使流水線處理能高效率執行,並使優化編譯器能生成優化代碼。
1.RISC為使流水線高效率執行,應具有下述特征:(1)簡單而統一格式的指令譯碼;(2)大部分指令可以單周期執行完成;(3)隻有LAD和STORE指令可以訪問存儲器;(4)簡單的尋址方式;(5)采用延遲轉移技術;(6)采用LOAD延遲技術。
2.RISC為使優化編譯器便於生成優化代碼,應具有下述特征:
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