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指令系统

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  一台计算机所能执行的各种不同类型指令的总和。即一台计算机所能执行的全部操作。不同计算机的指令系统包含的指令种类和数目也不同。一般均包含算术运算型、逻辑运算型、数据传送型、判定和控制型、输入和输出型等指令。指令系统是表征一台计算机性能的重要因素,它的格式与功能不仅直接影响到机器的硬件结构,而且也直接影响到系统软件,影响到机器的适用范围。
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  计算机各种指令的集合称为指令系统,或指令集。
  指令的发展历程:
  50年代:指令系统只有定点加减、逻辑运算、数据传送、转移等十几至几十条指令。
  60年代后期:增加了乘除运算、浮点运算、十进制运算、字符串处理等指令,指令数目多达一二百条,寻址方式也趋多样化。
  60年代后期开始出现系列计算机、复杂指令系统计算机、精简指令系统计算机。
  系列计算机是指基本指令系统相同、基本体系结构相同的一系列计算机。其必要条件是同一系列的各机种有共同的指令集.而且新推出的机种指令系统一定包含所有旧机种的全部指令,即实现一个“向上兼容”。因此旧机种上运行的各种软件可以不加任何修改便可在新机种上运行,大大减少了软件开发费用。
  复杂指令系统计算机(CISC)计算机的指令系统多达几百条。但是如此庞大的指令系统难以保证正确性,不易调试维护,造成硬件资源浪费。为此人们又提出了便于VLSI技术实现的
  精简指令系统计算机(RISC)RISC是一种计算机系统结构的设计思想,至今还没有一个确切的定义。
  指令系统的性能决定了计算机的基本功能,它的设计直接关系到计算机的硬件结构和用户的需要。一个完善的指令系统应满足如下四方面的要求:
  完备性:指用汇编语言编写各种程序时,指令系统直接提供的指令足够使用,而不必用软件来实现。完备性要求指令系统丰富、功能齐全、使用方便。
  有效性:是指利用该指令系统所编写的程序能够高效率地运行。高效率主要表现在程序占据存储空间小、执行速度快。
  规整性:包括指令系统的对称性、匀齐性、指令格式和数据格式的一致性。对称性是指:在指令系统中所有的寄存器和存储器单元都可同等对待,所有的指令都可使用各种寻址方式;匀齐性是指:一种操作性质的指令可以支持各种数据类型;指令格式和数据格式的一致性是指:指令长度和数据长度有一定的关系,以方便处理和存取。
  兼容性:至少要能做到“向上兼容”,即低档机上运行的软件可以在高档机上运行。
  概念和定义
  指令系统:计算机所能执行的全部指令的集合,它描述了计算机内全部的控制信息和“逻辑判断”能力。
  指令:微机完成规定操作的命令,一条指令通常由操作码和地址码组成。
  操作数:计算机在运行过程需要的数据称为操作数。
  寻址方式:寻找指令中所需要的操作数或操作数地址的方式。寻址方式可分为三大类:关于操作数的寻址
  方式、对程序转移地址的寻址方式、关于I/O端口的寻址方式,其中关于操作数的寻址又可分为:立即寻址、
  直接寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址、寄存器相对寻址、基址加贬址寻址、相对基址加变址寻址。
  CISC(复杂指定系统计算机)和RISC(精简指令系统计算机)是当前设计和制造微处理器的两种典型技术。桌面计算机最流行的x86使用RISC,而ARM、MIPS等体系结构使用CISC。指令:引起计算机执行某种操作的最小的功能单。
  指令系统:一台计算机中所有机器指令的集合。
  CISC:复杂指令系统计算机(Complex Instruction Set Computer)
  增强指令功能,设置功能复杂的指令
  面向目标代码,面向高级语言、面向操作系统
  用一条指令代替一串指令
  RISC:简单指令系统计算机(Reduced Instruction Set Computer)
  只保留功能简单的指令
  功能较复杂的指令用子程序来实现
  指令格式:一条指令由操作码和操作数地址码两部分组成。
  操作码:指明本条指令的操作功能。如算术运算、逻辑运算、存数、取数、转移等。每条指令分配一个确定的操作码。
  操作数地址码:指出该条指令涉及的操作数的地址。
  指令字长:一个指令字中包含二进制的位数
  机器字长:指计算机能直接处理的二进制数据的位数,它决定了计算机的运算精度。
  机器字长通常与主存单元的位数一致
  单字长指令:指令字长=机器字长
  半字长指令:指令字长=1/2机器字长
  双字长指令:指令字长=2倍机器字长
  从计算机组成的层次结构分,指令有以下几种:
  微指令:微程序级的命令 硬件
  机器指令:介于二者之间
  宏指令:若干条机器指令组成的软件 软件
  机器指令介于微指令与宏指令之间,通常简称为指令。每一条指令可完成一个独立的算术运算或逻辑运算操作
  从组成的角度讲,指令是软件与硬件的接口、交界面。
  本章讨论的指令---机器指令
  计算机语言有:
  机器语言:0、1代码,机器可直接识别;
  汇编语言:符号化、需汇编程序翻译;
  高级语言:B、F、C、P…需翻译(编译或解释)
  机器语言是以机器指令的形式书写的语言,其它类型的语言,只有变成机器指令的形式,机器才能直接执行。
  高级语言与计算机的硬件结构及指令系统无关,汇编语言依赖于计算机的硬件结构和指令系统。不同的机器有不同的指令,所以用汇编语言编写的程序不能在其他类型的机器上运行。
  指令系统:一台机器所包含的全部指令
  不同的计算机,其用途不同,系统结构不同,采用的硬软件技术不同,其指令系统的功能也不同,有的强大,有的弱小,但其指令不外乎以下几类:
  1 算逻运算类
  2 数据传送类
  3 指令控制类
  4 I/O类
  5 其它:停机


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计算机    RISC    CPU    

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贡献者
Tony    


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