翟艷紅

河套學(xué)院中等職業(yè)技術(shù)學(xué)校

計算機(jī)指令系統(tǒng)的發(fā)展與探究

翟艷紅

河套學(xué)院中等職業(yè)技術(shù)學(xué)校

隨著我國科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,計算機(jī)技術(shù)得到了不斷的完善。因此,本文對計算機(jī)指令系統(tǒng)的基本概念進(jìn)行了闡述,并對計算機(jī)指令系統(tǒng)的發(fā)展進(jìn)行了分析,最后對計算機(jī)的指令系統(tǒng)進(jìn)行了仔細(xì)的探究,以期促進(jìn)計算機(jī)系統(tǒng)的不斷向前推進(jìn)。

計算機(jī)；指令系統(tǒng)；發(fā)展；探究

計算機(jī)在我國的發(fā)展歷史并不是很長,但是其發(fā)展速度卻十分快速。在計算機(jī)發(fā)展的過程中,其技術(shù)得到了不斷的完善和改進(jìn),從而被廣泛的運用于人們的生活和生產(chǎn)中,進(jìn)而在很大程度上提高了人們的生活質(zhì)量。計算機(jī)指令系統(tǒng)對計算機(jī)的功能有著重要的影響,并與計算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)和用戶需求密切相關(guān)。

1.計算機(jī)指令系統(tǒng)的基本概念

計算機(jī)指令系統(tǒng)在計算機(jī)硬件中,屬于語言系統(tǒng),它不僅決定著計算機(jī)的基本功能,而且還對計算機(jī)指令的格式產(chǎn)生著重要影響。由于不同類型的計算機(jī)具有不同類型的計算機(jī)指令系統(tǒng),從而需要使用者對指令的格式、操作功能以及類型進(jìn)行特殊的對待。也就是說,計算機(jī)指令相當(dāng)于機(jī)器語言,每條指令都有不同的意義,這些指令都屬于是二進(jìn)制代碼。不同的計算機(jī)公司對計算機(jī)指令系統(tǒng)也有不同的設(shè)計,從而在指令的數(shù)量、格式以及基本功能等方面上都存在著一定的差異。

2.計算機(jī)指令系統(tǒng)的發(fā)展

計算機(jī)程序的執(zhí)行一般都是由相應(yīng)的指令完成的,這里的指令主要是指計算機(jī)在操作某種程序的命令。從計算機(jī)組成的層次結(jié)構(gòu)來看，計算機(jī)的指令包括有機(jī)器指令、微指令以及宏指令,而指令系統(tǒng)是一臺計算機(jī)中所有機(jī)器指令的綜合,它不僅對計算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響,而且也對系統(tǒng)軟件產(chǎn)生影響,從而直接影響到計算機(jī)的適用范疇。

計算機(jī)指令系統(tǒng)的發(fā)展主要是由簡單到復(fù)雜的過程。在上世紀(jì)五十年代至六十年代之間,計算機(jī)指令系統(tǒng)還處于一個比較簡單的階段,由于科學(xué)技術(shù)還沒有現(xiàn)在這么發(fā)達(dá),所以當(dāng)時的計算機(jī)一般都是分立元件的電子管或晶體管組合成,加之計算機(jī)指令系統(tǒng)中的指令數(shù)量也比較少,因此使得尋址方式也比較簡單。到了六十年代的中期,出現(xiàn)了集成電路,不僅縮小了計算機(jī)的價格、體積以及能耗等,而且還提高了計算機(jī)的整體硬件功能,并逐漸增加了十進(jìn)制運算、乘除運算、字符串處理等指令，使計算機(jī)指令系統(tǒng)變得更加豐富。到了上世紀(jì)的七十年代,計算機(jī)開始普及,其性能也在一定程度上得到了提升,但是在這過程中出現(xiàn)的軟件違紀(jì)卻給計算機(jī)指令系統(tǒng)帶來了新的機(jī)遇,計算機(jī)指令系統(tǒng)復(fù)雜性的提高在計算機(jī)發(fā)展過程中具有里程碑的意義。后來在實際中人們逐步認(rèn)識到這種復(fù)雜指令系統(tǒng)計算機(jī)不會在一定程度上提高計算機(jī)系統(tǒng)的功能,于是相關(guān)的工作人員又研究出了精簡指令系統(tǒng)計算機(jī)的體系結(jié)構(gòu),同時在同一個芯片上實現(xiàn)了CPU。

3.計算機(jī)指令系統(tǒng)的探究

3.1 復(fù)雜指令系統(tǒng)計算機(jī)

復(fù)雜指令系統(tǒng)計算機(jī)CISC和精簡系統(tǒng)計算結(jié)構(gòu)RISC是計算機(jī)指令系統(tǒng)的主要兩個方向。其中復(fù)雜指令系統(tǒng)計算機(jī)中的指令主要是能夠被計算機(jī)CPU指令進(jìn)行識別。隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和提高,計算機(jī)指令系統(tǒng)得到了完善,使得計算機(jī)指令在構(gòu)造的時候能夠很大程度上保持計算機(jī)的穩(wěn)定性。相關(guān)的研究人員設(shè)置比較復(fù)雜的計算機(jī)質(zhì)量的主要目的是利用這種方式來提高計算機(jī)的執(zhí)行速度。自計算機(jī)誕生以后,研究人員就一直選擇采用復(fù)雜指令系統(tǒng)計算機(jī)集方式,例如早期的桌面軟件丟失按照復(fù)雜指令系統(tǒng)計算機(jī)設(shè)計的,目前仍然還存在。在復(fù)雜指令系統(tǒng)計算機(jī)的微處理器中,其每個指令都是按照相應(yīng)順序的程序執(zhí)行的,其中每個指令中的操作也是按照相應(yīng)順序進(jìn)行的,從而有利于控制,操作方便。在功能方面,復(fù)雜指令系統(tǒng)計算機(jī)具有比較強的高級語言處理能力。但是在使用過程中提高了指令系統(tǒng)的復(fù)雜性,從而不僅增加了設(shè)計的失誤性,而且還增加了設(shè)計的成本與時間。雖然現(xiàn)在的VLSI技術(shù)已經(jīng)得到了完善和提高,但是對于實現(xiàn)CISC的全部硬件放在同一個芯片上,還是具有很大的難度。除此之外,在復(fù)雜指令系統(tǒng)計算機(jī)中,指令的復(fù)雜性不僅意味著復(fù)雜的操作,而且也意味著其通用性也比較差,特別是當(dāng)其采用二級的微碼執(zhí)行方式時,會降低計算機(jī)指令系統(tǒng)的速度。為了能夠徹底解決這一問題,不僅要簡化計算機(jī)質(zhì)量,又要使其具有支持高級語言和操作系統(tǒng)的功能,因此精簡指令系統(tǒng)計算機(jī)由此而誕生。

3.2 精簡指令集計算機(jī)

精簡指令集計算機(jī)主要是指對類型較少的計算機(jī)指令執(zhí)行的微處理器。精簡指令集計算機(jī)主要誕生于上世紀(jì)八十年代,精簡指令集計算機(jī)最常用的微處理器一般都是RISC處理器,其不但能夠在每秒中執(zhí)行百萬的指令,而且其速度比CISC處理器要高出許多。由于RISC中復(fù)雜的乘除運算只能通過相關(guān)的軟件或者是片內(nèi)、片外的其他硬件邏輯而進(jìn)行計算,為了能夠有效的解決這一問題,實現(xiàn)各種復(fù)雜運算。例如，信號處理函數(shù)等,最好的硬件方法就是集成DSP和RISCCPU內(nèi)核在單芯片內(nèi)。雖然從大量的實踐中表明,這種處理方法在一定程度上出現(xiàn)了隊列混亂和字長等問題,因此可以適當(dāng)?shù)脑黾右恍?fù)雜的函數(shù)指令,從而實現(xiàn)復(fù)雜指令。對于CISC系統(tǒng)而言,RISC的質(zhì)量比較簡單,只需要相應(yīng)的硬件執(zhí)行比較常用的指令便行了,剩下的操作可以全部依靠先進(jìn)的編譯技術(shù)。因此,在目前的指令系統(tǒng)中,微芯片一般都使用的是RISC概念。其具有以下四個特點，第一,大多數(shù)指令的完成只要需要單周期即可；第二,尋址方式相對而言更加簡單快速；第三,其主要采用LOAD延遲技術(shù)以及延遲轉(zhuǎn)移技術(shù)；第四,其一般都使用同一而又簡單的指令譯碼。

結(jié)束語

縱觀計算機(jī)指令系統(tǒng)的發(fā)展，其經(jīng)歷了一個從簡單到復(fù)雜，然后又從復(fù)雜到簡單的演變過程。在這一過程中計算機(jī)指令系統(tǒng)跟隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步不斷向前發(fā)展，并取得了矚目的成就。而指令系統(tǒng)的設(shè)計就是要選擇計算機(jī)系統(tǒng)中的一些基本操作，并通過選用相應(yīng)的硬件或軟件來實現(xiàn)。由此可見，加強對計算機(jī)指令系統(tǒng)類型、指令格式、操作及其操作數(shù)的訪問等，對其發(fā)展有著重要推進(jìn)作用。

[1]李進(jìn)印.關(guān)于計算機(jī)指令系統(tǒng)的探討[J].科技信息,2012, (12):229.

[2]王群.微型計算機(jī)指令系統(tǒng)性能發(fā)展的探析[J].煤炭技術(shù), 2013,32(4):246-248.

翟艷紅（1975-），女，內(nèi)蒙古巴彥淖爾端人，河套學(xué)院中等職業(yè)技術(shù)學(xué)校教師