计算机指令系统的发展与探究

翟艳红

河套学院中等职业技术学校

计算机指令系统的发展与探究

翟艳红

河套学院中等职业技术学校

随着我国科学技术的发展,计算机技术得到了不断的完善。因此,本文对计算机指令系统的基本概念进行了阐述,并对计算机指令系统的发展进行了分析,最后对计算机的指令系统进行了仔细的探究,以期促进计算机系统的不断向前推进。

计算机；指令系统；发展；探究

计算机在我国的发展历史并不是很长,但是其发展速度却十分快速。在计算机发展的过程中,其技术得到了不断的完善和改进,从而被广泛的运用于人们的生活和生产中,进而在很大程度上提高了人们的生活质量。计算机指令系统对计算机的功能有着重要的影响,并与计算机的硬件结构和用户需求密切相关。

1.计算机指令系统的基本概念

计算机指令系统在计算机硬件中,属于语言系统,它不仅决定着计算机的基本功能,而且还对计算机指令的格式产生着重要影响。由于不同类型的计算机具有不同类型的计算机指令系统,从而需要使用者对指令的格式、操作功能以及类型进行特殊的对待。也就是说,计算机指令相当于机器语言,每条指令都有不同的意义,这些指令都属于是二进制代码。不同的计算机公司对计算机指令系统也有不同的设计,从而在指令的数量、格式以及基本功能等方面上都存在着一定的差异。

2.计算机指令系统的发展

计算机程序的执行一般都是由相应的指令完成的,这里的指令主要是指计算机在操作某种程序的命令。从计算机组成的层次结构来看，计算机的指令包括有机器指令、微指令以及宏指令,而指令系统是一台计算机中所有机器指令的综合,它不仅对计算机的硬件结构产生影响,而且也对系统软件产生影响,从而直接影响到计算机的适用范畴。

计算机指令系统的发展主要是由简单到复杂的过程。在上世纪五十年代至六十年代之间,计算机指令系统还处于一个比较简单的阶段,由于科学技术还没有现在这么发达,所以当时的计算机一般都是分立元件的电子管或晶体管组合成,加之计算机指令系统中的指令数量也比较少,因此使得寻址方式也比较简单。到了六十年代的中期,出现了集成电路,不仅缩小了计算机的价格、体积以及能耗等,而且还提高了计算机的整体硬件功能,并逐渐增加了十进制运算、乘除运算、字符串处理等指令，使计算机指令系统变得更加丰富。到了上世纪的七十年代,计算机开始普及,其性能也在一定程度上得到了提升,但是在这过程中出现的软件违纪却给计算机指令系统带来了新的机遇,计算机指令系统复杂性的提高在计算机发展过程中具有里程碑的意义。后来在实际中人们逐步认识到这种复杂指令系统计算机不会在一定程度上提高计算机系统的功能,于是相关的工作人员又研究出了精简指令系统计算机的体系结构,同时在同一个芯片上实现了CPU。

3.计算机指令系统的探究

3.1 复杂指令系统计算机

复杂指令系统计算机CISC和精简系统计算结构RISC是计算机指令系统的主要两个方向。其中复杂指令系统计算机中的指令主要是能够被计算机CPU指令进行识别。随着我国科学技术的不断发展和提高,计算机指令系统得到了完善,使得计算机指令在构造的时候能够很大程度上保持计算机的稳定性。相关的研究人员设置比较复杂的计算机质量的主要目的是利用这种方式来提高计算机的执行速度。自计算机诞生以后,研究人员就一直选择采用复杂指令系统计算机集方式,例如早期的桌面软件丢失按照复杂指令系统计算机设计的,目前仍然还存在。在复杂指令系统计算机的微处理器中,其每个指令都是按照相应顺序的程序执行的,其中每个指令中的操作也是按照相应顺序进行的,从而有利于控制,操作方便。在功能方面,复杂指令系统计算机具有比较强的高级语言处理能力。但是在使用过程中提高了指令系统的复杂性,从而不仅增加了设计的失误性,而且还增加了设计的成本与时间。虽然现在的VLSI技术已经得到了完善和提高,但是对于实现CISC的全部硬件放在同一个芯片上,还是具有很大的难度。除此之外,在复杂指令系统计算机中,指令的复杂性不仅意味着复杂的操作,而且也意味着其通用性也比较差,特别是当其采用二级的微码执行方式时,会降低计算机指令系统的速度。为了能够彻底解决这一问题,不仅要简化计算机质量,又要使其具有支持高级语言和操作系统的功能,因此精简指令系统计算机由此而诞生。

3.2 精简指令集计算机

精简指令集计算机主要是指对类型较少的计算机指令执行的微处理器。精简指令集计算机主要诞生于上世纪八十年代,精简指令集计算机最常用的微处理器一般都是RISC处理器,其不但能够在每秒中执行百万的指令,而且其速度比CISC处理器要高出许多。由于RISC中复杂的乘除运算只能通过相关的软件或者是片内、片外的其他硬件逻辑而进行计算,为了能够有效的解决这一问题,实现各种复杂运算。例如，信号处理函数等,最好的硬件方法就是集成DSP和RISCCPU内核在单芯片内。虽然从大量的实践中表明,这种处理方法在一定程度上出现了队列混乱和字长等问题,因此可以适当的增加一些复杂的函数指令,从而实现复杂指令。对于CISC系统而言,RISC的质量比较简单,只需要相应的硬件执行比较常用的指令便行了,剩下的操作可以全部依靠先进的编译技术。因此,在目前的指令系统中,微芯片一般都使用的是RISC概念。其具有以下四个特点，第一,大多数指令的完成只要需要单周期即可；第二,寻址方式相对而言更加简单快速；第三,其主要采用LOAD延迟技术以及延迟转移技术；第四,其一般都使用同一而又简单的指令译码。

结束语

纵观计算机指令系统的发展，其经历了一个从简单到复杂，然后又从复杂到简单的演变过程。在这一过程中计算机指令系统跟随着科学技术的进步不断向前发展，并取得了瞩目的成就。而指令系统的设计就是要选择计算机系统中的一些基本操作，并通过选用相应的硬件或软件来实现。由此可见，加强对计算机指令系统类型、指令格式、操作及其操作数的访问等，对其发展有着重要推进作用。

[1]李进印.关于计算机指令系统的探讨[J].科技信息,2012, (12):229.

[2]王群.微型计算机指令系统性能发展的探析[J].煤炭技术, 2013,32(4):246-248.

翟艳红（1975-），女，内蒙古巴彦淖尔端人，河套学院中等职业技术学校教师