一条指令就是机器语言的一个语句,它是一组有意义的二进制代码,指令的基本格式如:操作码字段地址码字段其中操作码指明了指令的操作性质及功能,地址码则给出了操作数或操作数的地址。
各计算机公司设计生产的计算机,其指令的数量与功能、指令格式、寻址方式、数据格式都有差别,即使是一些常用的基本指令,如算术逻辑运算指令、转移指令等也是各不相同的。因此,尽管精简指令系统计算结构(RISC)来设计芯片
各种型号计算机的高级语言基本相同,但将高级语言程序(例如Fortran语言程序)编译成机器语言后,其差别也是很大的。因此将用机器语言表示的程序移植到其他机器上去几乎是不可能的。从计算机的发展过程已经看到,由于构成计算机的基本硬件发展迅速,计算机的更新换代是很快的,这就存在软件如何跟上的问题。大家知道,一台新机器推出交付使用时,仅有少量系统软件(如操作系统等)可提交用户,大量软件是不断充实的,尤其是应用程序,有相当一部分是用户在使用机器时不断产生的,这就是所谓第三方提供的软件。
为了缓解新机器的推出与原有应用程序的继续使用之间的矛盾,1964年在设计IBM360计算机时所采用的系列机思想较好地解决了这一问题。从此以后,各个计算机公司生大册产的同一系列的计算机尽管其硬件实现方法可以不同,但指令系统、数据格式、I/O系统等保持相同,因而软件完全兼容(在此基础上,产生了兼容机)。当研制该系列计算机的新型号或高档产品时,尽管指令系统可以有较大的扩充滚姿宏,但仍保留了原来的全部指令,保持软件向上兼容的特点,即低档机或旧机型上的软件不加修改即可在比它高档的新机器上运行,以保护用户在软件上的投资。 回顾计算机的发展历史,指令系统的发展经历了从简单到复杂的演变过程。早在20世纪50-60年代,计算机大多数采用分立元件的晶体管或电子管组成,其体积庞大,价格也很昂贵,因此计算机的硬件结构比较简单,所支持的指令系统也只有十几至几十条最基本的指令,而且寻址方式简单。到60年代中期,随着集成电路的出现,计算机的功耗、体积、价格等不断下降,硬件功能不断增强,指指令系统
令系统也越来越丰富。在70年代,高级语言己成为大、中、小型机的主要程序设计语言,计算机应用日益普及。由于软件的发展超过了软件设计理论的发展,复杂的软件系统设计一直没有很好的理论指导,导致软件质量无法保证,从而出现了所谓的“软件危机”。人们认为,缩小机器指令系统与高级语言语义差距,为高级语言提供很多的支持,是缓解软件危机有效和可行的办法。计算机设计者们利用当时已经成熟的微程序技术和飞速发展的VLSI技术,增设各种各样的复杂的、面向高级语言的指令,使指令系统越来越庞大。这是几十年来人们在设计计算机时,保证和提高指令系统有效性方面传统的想法和作法。按这种传统方法设计的计算机系统称为复杂指令系统计算机(ComplexSetInstructionComputer),简称CISC. RISC是一种计算机体系结构的设计思想,是近代计算机体系结构发展史中的一个里程碑。然而,直到现在,RISC还没有一个确切的定义。90年代初,IEEE的MichaelSlater对于RISC的定义做了如下描述:RISC处理器所设计的指令系统应使流水线处理能高效率执行,并使优化编译器能生成优化代码。
1.RISC为使流水线高效率执行,应具有下述特征:(1)简单而统一格式的指令译码;(2)大部分指令可以单周期执行完成;(3)只有LAD和STORE指令可以访问存储器;(4)简单的寻址方式;(5)采用延迟转移技术;(6)采用LOAD延迟技术。
2.RISC为使优化编译器便于生成优化代码,应具有下述特征:(1)三地址指令格式(2)较多的寄存器(3)对称的指令格式。
减少指令平均执行周期数是RISC思想的精华 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。
计算机指令系统 - 寻址方式
根据指令内容确定操作数地址的过程称为寻址。完善的寻址方式可为用户组织和使用数据提供方便。
①直接寻址:指令地址域中表示的是操作数地址。
②间接寻址:指令地址域册档中表示的是操作数地址的地址即指令地址码对应的存储单元所给出的是地址A,操作数据存放在地址A指示的主存单元内。有的计算机的指令可以多次间接寻址,如A指示的主存单元内存放的是另一地址B,而操作数据存放在B指示的主存单元内,称为多重间接寻址。
③立即寻址:指令地址域中表示的是操作数本身。指令系统
④变址寻址:指令地址域中表示的是变址寄存器号i和位移值D。将指定的变址寄存器内容E与位移值D相加,其和E+D为操作数地址。许多计算机具有双变址功能,即将两个变址寄存器内容与位移值相加,得操作数地址。变址寻址有利于数组操作和程序共用。同时,位移值长度可短于地址长度,因而指令长度可以缩短。
⑤相对寻址:指令地址域中表示的是位移值D。程序计数器内容(即本条指令的地址)K与位移值D相加,得操作数地址K+D。当程序在主存储器浮动时,相对寻址能保持原有程序功能。 此外,还有自增寻址、自减寻址、组合寻址等寻址方式。寻址方式可由操作码确定,也可在地址域中设标志,指明寻址方式。
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