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指令系统

作者:澳门葡亰娱乐场手机版    发布时间:2019-12-14 02:31     浏览次数 :153

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指令:计算机的语言

计算机语言中的基本单词称为指令,一台计算机的全部指令称为计算机的指令集。

MIPS汇编语言:
add a,b,c #b+c存放到变量a中
加法: add
减法:sub
取字:lw
存字:sw
硬件设计的基本原则:
归整性:
简单性:
快速性:

我们使用$s0 $s1...来代表与c和java程序中的变量所对应的寄存器。使用$t0 $t1...来代表将程序编译为MIPS指令所需要的临时寄存器。
处理器只能将少量数据保存在寄存器中,复杂数据结构是存放在存储器中。
数据传输指令:MIPS必须包含在存储器中和寄存器中之间传送的指令。这些指令叫数据传输指令。
取数指令(lw):load 将数据从存储器拷贝到寄存器的数据传送指令。
存数指令(sw):store 它将数据从寄存器拷贝到寄存器。
偏移量:offset 数据传送指令中的常量
存放基址的寄存器称为基址寄存器。
对齐限制:在MIPS中,字的起始地址必须是4的倍数
大端地址 小端地址
二进制数位:binary digit
overflow 溢出

对于正数,原码和反码,补码都是一样的,都是正数本身。
  对于负数,原码是符号位为1,数值部分取X绝对值的二进制。
反码是符号位为1,其它位是原码取反。
       补码是符号位为1,其它位是原码取反,未位加1。
       也就是说,负数的补码是其反码未位加1。
移码就是将符号位取反的补码

指令的布局形式叫做指令格式
指令的数字形式称为机器语言 这样的指令序列叫做机器码
R型:

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I型:

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过程:过程或函数是程序员进行结构化编程的工具
在过程运行期间,程序必须准循以下六个步骤:

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寄存器是计算机中保存数据最快的位置

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程序计数器:PC

指令系统

一台计算机中所有机器指令的集合,称之为这台计算机的指令系统。指令系统是表征一台计算机性能的重要因素,他的格式与功能不仅直接影响到机器的硬件结构,而且也影响到系统软件。

指令格式是指令字用二进制表示的结构形式,通常由操作码字段和地址码字段组成。操作码字段表征指令的操作特性与功能,而地址码字段只是操作数的地址。目前多采用二地址,单地址,零地址混合方式的指令格式。指令字长度分为:单字长,半字长,双字长三种形式。高档微型机中目前多采用32位长度的单字长形式(2017年都是64位的了)。

形成指令地址的方式,称为指令寻址方式。有顺序寻址和跳跃寻址两种,由指令计数器来跟踪。

形成操作数地址的方式,称为数据寻址方式。操作数可放在专用寄存器,通用寄存器,内存和指令中。数据寻址方式有隐含寻址,立即寻址,直接寻址,简介寻址,结存器寻址,寄存器间接寻址,相对寻址,基值寻址,变址寻址,块寻址,段寻址等多种。按操作数的物理位置不同,有RR型和RS型。前者比后者执行的速度快。

堆栈是一种特殊的数据寻址方式,采用"先进后出"原理。按结构不同,分为寄存器堆栈和存储器堆栈。

不同机器有不同的指令系统。一个较完善的指令系统应当包含数据传送类指令,算术运算类指令,逻辑运算类指令,程序控制类指令,I/O类指令,字符串类型指令,系统控制类指令。

RISC指令系统是CISC指令系统的改进,他的最大特点是:1.指令条数少;2.指令长度固定,指令格式和寻址方式种类少;3.只有取数/存数指令访问存储器,其余指令的操作均在寄存器直接进行。

指令:执行某类操作信息的集合,是CPU工作的主要依据
指令集:处理器能执行全体指令的集合

指令系统是指计算机所能执行的全部指令的集合,它描述了计算机内全部的控制信息和“逻辑判断”能力。不同计算机的指令系统包含的指令种类和数目也不同。一般均包含算术运算型、逻辑运算型、数据传送型、判定和控制型、移位操作型、位操作型、输入和输出型等指令。指令系统是表征一台计算机性能的重要因素,它的格式与功能不仅直接影响到机器的硬件结构,而且也直接影响到系统软件,影响到机器的适用范围。

作用:决定了计算机的硬件功能  指令集越复杂 硬件功能越强

1.CISC 复杂指令集
特点:1.指令数量多
           2.指令长度不固定,指令格式和寻址方式多样
            x86系列(也就是IA-32架构)处理器是基于CISC体系结构的,

2.RISC 简单指令集
            而ARM则是RISC的代表。ARM是移动级处理器的生产厂商。

iPhone的模拟器是运行x86机器代码,-->  CISC
iPhone的真机是运行ARM的机器代码  -->   RISC 

为什么CISC  -->  RISC 
1.2-8 规律
2.不利于VLSI工艺
3.主存计数的发展

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。

指令系统[指令系统]是计算机硬件的语言系统,也叫[机器语言]它是软件和硬件的主要界面,从[系统结构]的角度看,它是系统程序员看到的计算机的主要属性。因此指令系统表征了计算机的基本功能决定了机器所要求的能力,也决定了指令的格式和机器的结构。对不同的计算机在设计指令系统时,应对[指令格式]、类型及操作功能给予应有的重视。

发展历程

指令系统是一个总称,代表目前世界上所有的指令集的统称。
指令集则是具体的,某一个CPU所拥有的指令集。
编译器在这个过程中, 要经过"编译", "汇编", "链接"几个步骤, 最后生成"可执行文件". 可执行文件中保存的是二进制机器码. 这串机器码可以直接被CPU读取和执行. 
指令集规范汇编, 汇编可以翻译成机器码, 机器码告诉CPU每个周期去做什么. 因此, CPU指令集是描述CPU能实现什么功能的一个集合, 就是描述"CPU能使用哪些机器码"的集合".

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。

电脑CPU:Intel / AMD

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,指令系统也越来越丰富。

手机CPU:
高通[骁龙] / 苹果A11 / 三星9810

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。

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