計算機指令系統分析

譚凱文

摘 要：計算機程序是由各類指令有機組成的，計算機指令包括機器指令、微指令與宏指令。本文主要針對計算機指令的含義與系統特點等問題進行分析。

關鍵詞：計算機；指令系統；分析

計算機在當今已經不再陌生，它的歷史并不長，但其發展速度卻非常的驚人。它之所以發展迅速，最主要的還是因為它在發展過程中各項技術不斷完善，最終使人們在工作和生活中都獲得便利，工作和生活的質量得到提高。

總的來說，計算機的發展就是其功能的發展，而直接決定其功能的就是計算機指令系統的性能了，并且，計算機指令系統也跟計算機的硬件與用戶的需求有關，可見其重要性，因此對計算機指令系統進行詳細的分析顯得十分重要。

一、計算機指令系統的概述

計算機指令系統是計算機的硬件語言系統，具體來說，就是多條指令的集合，也可以說是軟件和硬件的界面顯示。從專業角度來說呢，它是系統程序員用來了解計算機屬性的，每條指令就相當于一句話，是系統程序員自己編寫出來的一種有意義的二進制代碼。那么我們就可以了解，不同的計算機機型，不同的程序員編寫出來的計算機會令系統是不同的。

總的來說，計算機指令系統的大概框架是相同的，比如都包含算術運算型，數據傳送性，判定和控制型，邏輯運算型和輸入輸出型的指令，但是不同的計算機，計算機指令的數目和種類以及每條指令的格式及操作功能總是不盡相同的，最后計算機類型也就區別開了。隨著計算機的不斷發展，指令系統還會不斷引入新的指令。

二、計算機指令系統的發展與特點

前面說到指令系統的重要性，它直接決定計算機的基本功能，關系到計算機硬件結構和用戶需求。那么一個完整的計算機指令系統，應該具備完整性、有效性、規整性、兼容性四個特點。完整性是指指令系統在完成后，功能是豐富齊全的，并且使用起來比較方便，以便開發人員運用匯編語言在進行軟件等開發時指令的足夠使用而不用去借助軟件來實現。有效性則主要針對利用指令系統編寫完成的產品，它要求編寫出來的程序必須是高效的，即存儲空間較小，運行速度較快。規整性則主要看的是格式，即指令應該對稱，所有的寄存器和存儲器單元同等對待；指令也要勻齊，一種性質的指令應該滿足各種數據類型；另外指令的格式和數據的格式也要一致，以方便存取和處理。最后是兼容性，也是非常重要的一點，指令系統應該滿足“向上兼容”的原則，即每個新的指令系統都是建立在舊的指令系統之上的，這樣才能實現計算機之間的應用互通。

幾乎所有的事物的發展都是一個從簡單到復雜的過程，計算機指令系統也不例外。

說到計算機指令系統的發展，得先了解一下計算機的發展，我們都知道，計算機剛發明的時候元件大多采用的是電子管，后來是晶體管，那是因為技術的限制，見算計指令系統的指令數量有限，尋址方式較簡單，導致計算機硬件結構比較簡單。到了20世紀60年代，集成電路出現了，計算機的體積、價格和耗能都有所下降，計算機指令同不斷豐富，計算機硬件功能得到很大的提升。而到了70年代，計算機逐漸普及，這說明計算機的性能提升很大，尤其是軟件危機的出現，給計算機指令系統帶來了轉機，于是復雜指令系統就在那時出現了。

三、目前指令系統存在的問題

隨著計算機指令系統從復雜到精簡的轉化，雖然優點居多，但還是存在一些不能忽視的問題。

（一）指令數量大幅增加

為了提高指令的執行速率，大部分的代碼都在不斷被簡化，但是簡化后的指令所能實現的功能相對而言就比較簡單，那么完成相同的功能需要的指令也數量也就比較大。指令數量大幅增加就一定會占用更大的存儲，最后可能導致計算機運行速度下降。

（二）存儲空間的浪費

雖然計算機指令不斷地簡化，但完成不同功能的指令的長度肯定不能完全一樣，這樣按照相同長度的原則為指令分配內存的設計會使較短的指令占據同樣的存儲空間從而導致存儲空間的浪費。雖然依靠如今的條件，存儲器成本已經不再是大問題，但是過多的寄存器會影響CPU的工作速度。

（三）不常使用的指令

在指令系統中有大量的不常使用的指令，但又卻是不可或缺的，那么如何設置這些指令使其不影響整個指令系統的運行周期是一個需要考慮的問題。

從復雜指令計算機到精簡指令計算機，是指令系統的一個重大突破，通過對計算機指令系統的特點和發展進行分析，總結出目前還存在的不足，相信今后通過指令系統的不斷改進，通過更精巧的設計，能夠實現指令系統的進一步優化，最終完善計算機的硬件與軟件，進而為人們提供越來越多的功能，方便人們的工作與生活。

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