计算机指令系统分析

2016-05-30谭凯文

科技风 2016年22期

关键词：计算机分析

谭凯文

摘要：计算机程序是由各类指令有机组成的，计算机指令包括机器指令、微指令与宏指令。本文主要针对计算机指令的含义与系统特点等问题进行分析。

关键词：计算机；指令系统；分析

计算机在当今已经不再陌生，它的历史并不长，但其发展速度却非常的惊人。它之所以发展迅速，最主要的还是因为它在发展过程中各项技术不断完善，最终使人们在工作和生活中都获得便利，工作和生活的质量得到提高。

总的来说，计算机的发展就是其功能的发展，而直接决定其功能的就是计算机指令系统的性能了，并且，计算机指令系统也跟计算机的硬件与用户的需求有关，可见其重要性，因此对计算机指令系统进行详细的分析显得十分重要。

一、计算机指令系统的概述

计算机指令系统是计算机的硬件语言系统，具体来说，就是多条指令的集合，也可以说是软件和硬件的界面显示。从专业角度来说呢，它是系统程序员用来了解计算机属性的，每条指令就相当于一句话，是系统程序员自己编写出来的一种有意义的二进制代码。那么我们就可以了解，不同的计算机机型，不同的程序员编写出来的计算机会令系统是不同的。

总的来说，计算机指令系统的大概框架是相同的，比如都包含算术运算型，数据传送性，判定和控制型，逻辑运算型和输入输出型的指令，但是不同的计算机，计算机指令的数目和种类以及每条指令的格式及操作功能总是不尽相同的，最后计算机类型也就区别开了。随着计算机的不断发展，指令系统还会不断引入新的指令。

二、计算机指令系统的发展与特点

前面说到指令系统的重要性，它直接决定计算机的基本功能，关系到计算机硬件结构和用户需求。那么一个完整的计算机指令系统，应该具备完整性、有效性、规整性、兼容性四个特点。完整性是指指令系统在完成后，功能是丰富齐全的，并且使用起来比较方便，以便开发人员运用汇编语言在进行软件等开发时指令的足够使用而不用去借助软件来实现。有效性则主要针对利用指令系统编写完成的产品，它要求编写出来的程序必须是高效的，即存储空间较小，运行速度较快。规整性则主要看的是格式，即指令应该对称，所有的寄存器和存储器单元同等对待；指令也要匀齐，一种性质的指令应该满足各种数据类型；另外指令的格式和数据的格式也要一致，以方便存取和处理。最后是兼容性，也是非常重要的一点，指令系统应该满足“向上兼容”的原则，即每个新的指令系统都是建立在旧的指令系统之上的，这样才能实现计算机之间的应用互通。

几乎所有的事物的发展都是一个从简单到复杂的过程，计算机指令系统也不例外。

说到计算机指令系统的发展，得先了解一下计算机的发展，我们都知道，计算机刚发明的时候元件大多采用的是电子管，后来是晶体管，那是因为技术的限制，见算计指令系统的指令数量有限，寻址方式较简单，导致计算机硬件结构比较简单。到了20世纪60年代，集成电路出现了，计算机的体积、价格和耗能都有所下降，计算机指令同不断丰富，计算机硬件功能得到很大的提升。而到了70年代，计算机逐渐普及，这说明计算机的性能提升很大，尤其是软件危机的出现，给计算机指令系统带来了转机，于是复杂指令系统就在那时出现了。

三、目前指令系统存在的问题

随着计算机指令系统从复杂到精简的转化，虽然优点居多，但还是存在一些不能忽视的问题。

（一）指令数量大幅增加

为了提高指令的执行速率，大部分的代码都在不断被简化，但是简化后的指令所能实现的功能相对而言就比较简单，那么完成相同的功能需要的指令也数量也就比较大。指令数量大幅增加就一定会占用更大的存储，最后可能导致计算机运行速度下降。

（二）存储空间的浪费

虽然计算机指令不断地简化，但完成不同功能的指令的长度肯定不能完全一样，这样按照相同长度的原则为指令分配内存的设计会使较短的指令占据同样的存储空间从而导致存储空间的浪费。虽然依靠如今的条件，存储器成本已经不再是大问题，但是过多的寄存器会影响CPU的工作速度。

（三）不常使用的指令

在指令系统中有大量的不常使用的指令，但又却是不可或缺的，那么如何设置这些指令使其不影响整个指令系统的运行周期是一个需要考虑的问题。

从复杂指令计算机到精简指令计算机，是指令系统的一个重大突破，通过对计算机指令系统的特点和发展进行分析，总结出目前还存在的不足，相信今后通过指令系统的不断改进，通过更精巧的设计，能够实现指令系统的进一步优化，最终完善计算机的硬件与软件，进而为人们提供越来越多的功能，方便人们的工作与生活。

參考文献：

[1] 孙立宏，郭二辉.高性能通用数字信号处理器指令分配[J].雷达科学与技术，2014（03）.

[2] 刘磊，杨子煜，沈剑良，李思昆.一种应用定制指令集可重构结构及FFT算法映射优化[J].国防科技大学学报，2012（06）.