計算機指令系統的發展與探究

翟艷紅

河套學院中等職業技術學校

計算機指令系統的發展與探究

翟艷紅

河套學院中等職業技術學校

隨著我國科學技術的發展,計算機技術得到了不斷的完善。因此,本文對計算機指令系統的基本概念進行了闡述,并對計算機指令系統的發展進行了分析,最后對計算機的指令系統進行了仔細的探究,以期促進計算機系統的不斷向前推進。

計算機；指令系統；發展；探究

計算機在我國的發展歷史并不是很長,但是其發展速度卻十分快速。在計算機發展的過程中,其技術得到了不斷的完善和改進,從而被廣泛的運用于人們的生活和生產中,進而在很大程度上提高了人們的生活質量。計算機指令系統對計算機的功能有著重要的影響,并與計算機的硬件結構和用戶需求密切相關。

1.計算機指令系統的基本概念

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

2.計算機指令系統的發展

計算機程序的執行一般都是由相應的指令完成的,這里的指令主要是指計算機在操作某種程序的命令。從計算機組成的層次結構來看，計算機的指令包括有機器指令、微指令以及宏指令,而指令系統是一臺計算機中所有機器指令的綜合,它不僅對計算機的硬件結構產生影響,而且也對系統軟件產生影響,從而直接影響到計算機的適用范疇。

計算機指令系統的發展主要是由簡單到復雜的過程。在上世紀五十年代至六十年代之間,計算機指令系統還處于一個比較簡單的階段,由于科學技術還沒有現在這么發達,所以當時的計算機一般都是分立元件的電子管或晶體管組合成,加之計算機指令系統中的指令數量也比較少,因此使得尋址方式也比較簡單。到了六十年代的中期,出現了集成電路,不僅縮小了計算機的價格、體積以及能耗等,而且還提高了計算機的整體硬件功能,并逐漸增加了十進制運算、乘除運算、字符串處理等指令，使計算機指令系統變得更加豐富。到了上世紀的七十年代,計算機開始普及,其性能也在一定程度上得到了提升,但是在這過程中出現的軟件違紀卻給計算機指令系統帶來了新的機遇,計算機指令系統復雜性的提高在計算機發展過程中具有里程碑的意義。后來在實際中人們逐步認識到這種復雜指令系統計算機不會在一定程度上提高計算機系統的功能,于是相關的工作人員又研究出了精簡指令系統計算機的體系結構,同時在同一個芯片上實現了CPU。

3.計算機指令系統的探究

3.1 復雜指令系統計算機

復雜指令系統計算機CISC和精簡系統計算結構RISC是計算機指令系統的主要兩個方向。其中復雜指令系統計算機中的指令主要是能夠被計算機CPU指令進行識別。隨著我國科學技術的不斷發展和提高,計算機指令系統得到了完善,使得計算機指令在構造的時候能夠很大程度上保持計算機的穩定性。相關的研究人員設置比較復雜的計算機質量的主要目的是利用這種方式來提高計算機的執行速度。自計算機誕生以后,研究人員就一直選擇采用復雜指令系統計算機集方式,例如早期的桌面軟件丟失按照復雜指令系統計算機設計的,目前仍然還存在。在復雜指令系統計算機的微處理器中,其每個指令都是按照相應順序的程序執行的,其中每個指令中的操作也是按照相應順序進行的,從而有利于控制,操作方便。在功能方面,復雜指令系統計算機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的復雜性,從而不僅增加了設計的失誤性,而且還增加了設計的成本與時間。雖然現在的VLSI技術已經得到了完善和提高,但是對于實現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,在復雜指令系統計算機中,指令的復雜性不僅意味著復雜的操作,而且也意味著其通用性也比較差,特別是當其采用二級的微碼執行方式時,會降低計算機指令系統的速度。為了能夠徹底解決這一問題,不僅要簡化計算機質量,又要使其具有支持高級語言和操作系統的功能,因此精簡指令系統計算機由此而誕生。

3.2 精簡指令集計算機

精簡指令集計算機主要是指對類型較少的計算機指令執行的微處理器。精簡指令集計算機主要誕生于上世紀八十年代,精簡指令集計算機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中復雜的乘除運算只能通過相關的軟件或者是片內、片外的其他硬件邏輯而進行計算,為了能夠有效的解決這一問題,實現各種復雜運算。例如，信號處理函數等,最好的硬件方法就是集成DSP和RISCCPU內核在單芯片內。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了隊列混亂和字長等問題,因此可以適當的增加一些復雜的函數指令,從而實現復雜指令。對于CISC系統而言,RISC的質量比較簡單,只需要相應的硬件執行比較常用的指令便行了,剩下的操作可以全部依靠先進的編譯技術。因此,在目前的指令系統中,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延遲技術以及延遲轉移技術；第四,其一般都使用同一而又簡單的指令譯碼。

結束語

縱觀計算機指令系統的發展，其經歷了一個從簡單到復雜，然后又從復雜到簡單的演變過程。在這一過程中計算機指令系統跟隨著科學技術的進步不斷向前發展，并取得了矚目的成就。而指令系統的設計就是要選擇計算機系統中的一些基本操作，并通過選用相應的硬件或軟件來實現。由此可見，加強對計算機指令系統類型、指令格式、操作及其操作數的訪問等，對其發展有著重要推進作用。

[1]李進印.關于計算機指令系統的探討[J].科技信息,2012, (12):229.

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

翟艷紅（1975-），女，內蒙古巴彥淖爾端人，河套學院中等職業技術學校教師