計(jì)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

計(jì)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(guó)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,計(jì)算機(jī)技術(shù)得到了不斷的完善。因此,本文對(duì)計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)的基本概念進(jìn)行了闡述,并對(duì)計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)的發(fā)展進(jìn)行了分析,最后對(duì)計(jì)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)的不斷向前推進(jìn)。

計(jì)算機(jī)；指令系統(tǒng)；發(fā)展；探究

計(jì)算機(jī)在我國(guó)的發(fā)展歷史并不是很長(zhǎng),但是其發(fā)展速度卻十分快速。在計(jì)算機(jī)發(fā)展的過(guò)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(yùn)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(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)對(duì)計(jì)算機(jī)的功能有著重要的影響,并與計(jì)算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)和用戶(hù)需求密切相關(guān)。

1.計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)的基本概念

計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)硬件中,屬于語(yǔ)言系統(tǒng),它不僅決定著計(jì)算機(jī)的基本功能,而且還對(duì)計(jì)算機(jī)指令的格式產(chǎn)生著重要影響。由于不同類(lèi)型的計(jì)算機(jī)具有不同類(lèi)型的計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng),從而需要使用者對(duì)指令的格式、操作功能以及類(lèi)型進(jìn)行特殊的對(duì)待。也就是說(shuō),計(jì)算機(jī)指令相當(dāng)于機(jī)器語(yǔ)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(jì)算機(jī)公司對(duì)計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)也有不同的設(shè)計(jì),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(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)的發(fā)展

計(jì)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(jì)算機(jī)在操作某種程序的命令。從計(jì)算機(jī)組成的層次結(jié)構(gòu)來(lái)看，計(jì)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(tái)計(jì)算機(jī)中所有機(jī)器指令的綜合,它不僅對(duì)計(jì)算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響,而且也對(duì)系統(tǒng)軟件產(chǎn)生影響,從而直接影響到計(jì)算機(jī)的適用范疇。

計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)的發(fā)展主要是由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的過(guò)程。在上世紀(jì)五十年代至六十年代之間,計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)還處于一個(gè)比較簡(jiǎn)單的階段,由于科學(xué)技術(shù)還沒(méi)有現(xiàn)在這么發(fā)達(dá),所以當(dāng)時(shí)的計(jì)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(jì)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(jiǎn)單。到了六十年代的中期,出現(xiàn)了集成電路,不僅縮小了計(jì)算機(jī)的價(jià)格、體積以及能耗等,而且還提高了計(jì)算機(jī)的整體硬件功能,并逐漸增加了十進(jìn)制運(yùn)算、乘除運(yùn)算、字符串處理等指令，使計(jì)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(jì)算機(jī)開(kāi)始普及,其性能也在一定程度上得到了提升,但是在這過(guò)程中出現(xiàn)的軟件違紀(jì)卻給計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)帶來(lái)了新的機(jī)遇,計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)復(fù)雜性的提高在計(jì)算機(jī)發(fā)展過(guò)程中具有里程碑的意義。后來(lái)在實(shí)際中人們逐步認(rèn)識(shí)到這種復(fù)雜指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)不會(huì)在一定程度上提高計(jì)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(jiǎn)指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu),同時(shí)在同一個(gè)芯片上實(shí)現(xiàn)了CPU。

3.計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)的探究

3.1 復(fù)雜指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)

復(fù)雜指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)CISC和精簡(jiǎn)系統(tǒng)計(jì)算結(jié)構(gòu)RISC是計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)的主要兩個(gè)方向。其中復(fù)雜指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)中的指令主要是能夠被計(jì)算機(jī)CPU指令進(jìn)行識(shí)別。隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和提高,計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)得到了完善,使得計(jì)算機(jī)指令在構(gòu)造的時(shí)候能夠很大程度上保持計(jì)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(jì)算機(jī)質(zhì)量的主要目的是利用這種方式來(lái)提高計(jì)算機(jī)的執(zhí)行速度。自計(jì)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(jì)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(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的,目前仍然還存在。在復(fù)雜指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)的微處理器中,其每個(gè)指令都是按照相應(yīng)順序的程序執(zhí)行的,其中每個(gè)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(jì)算機(jī)具有比較強(qiáng)的高級(jí)語(yǔ)言處理能力。但是在使用過(guò)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(jì)的失誤性,而且還增加了設(shè)計(jì)的成本與時(shí)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(duì)于實(shí)現(xiàn)CISC的全部硬件放在同一個(gè)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(jì)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(jí)的微碼執(zhí)行方式時(shí),會(huì)降低計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)的速度。為了能夠徹底解決這一問(wèn)題,不僅要簡(jiǎn)化計(jì)算機(jī)質(zhì)量,又要使其具有支持高級(jí)語(yǔ)言和操作系統(tǒng)的功能,因此精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)由此而誕生。

3.2 精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)

精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)主要是指對(duì)類(lèi)型較少的計(jì)算機(jī)指令執(zhí)行的微處理器。精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)主要誕生于上世紀(jì)八十年代,精簡(jiǎn)指令集計(jì)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(wàn)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(yùn)算只能通過(guò)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(jì)算,為了能夠有效的解決這一問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜運(yùn)算。例如，信號(hào)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(shí)踐中表明,這種處理方法在一定程度上出現(xiàn)了隊(duì)列混亂和字長(zhǎng)等問(wèn)題,因此可以適當(dāng)?shù)脑黾右恍?fù)雜的函數(shù)指令,從而實(shí)現(xiàn)復(fù)雜指令。對(duì)于CISC系統(tǒng)而言,RISC的質(zhì)量比較簡(jiǎn)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(gè)特點(diǎn)，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(duì)而言更加簡(jiǎn)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(jiǎn)單的指令譯碼。

結(jié)束語(yǔ)

縱觀計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)的發(fā)展，其經(jīng)歷了一個(gè)從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，然后又從復(fù)雜到簡(jiǎn)單的演變過(guò)程。在這一過(guò)程中計(jì)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(jì)就是要選擇計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的一些基本操作，并通過(guò)選用相應(yīng)的硬件或軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。由此可見(jiàn)，加強(qiáng)對(duì)計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)類(lèi)型、指令格式、操作及其操作數(shù)的訪(fǎng)問(wèn)等，對(duì)其發(fā)展有著重要推進(jìn)作用。

[1]李進(jìn)印.關(guān)于計(jì)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(jì)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