发展与性能指标

指令在计算机系统的地位

• 是软件和硬件分界面的一个主要标志,硬件设计人员采用各种手段实现它 | 软件设计人员则利用它编制各种各样的系统软件和应用软件

• 是硬件设计人员和软件设计人员之间的分界面,也是他们之间沟通的桥梁

指令系统的基本概念

• 指令: 要计算机执行某种操作的命令.

• 指令系统: 一台计算机中所有机器指令的集合.

微指令: 微程序级的命令，属于硬件

机器指令: 介于二者之间

宏指令: 若干条机器指令组成，属于软件

指令系统的发展

• 复杂指令系统计算机，简称CISC。但是如此庞大的指令系统不但使计算机的研制周期变长，难以保证正确性，不易调试维护，而且由于采用了大量使用频率很低的复杂指令而造成硬件资源浪费。

• 精简指令系统计算机：简称RISC（Apple的M1, ARM），人们又提出了便于VLSI技术实现的精简指令系统计算机。

出现CISC到RISC转变的原因: 2/8现象（只有20%的指令使用率达到80%），控制器设计难度下降

指令的性能要求

• 完备性： 完备性是指用汇编语言编写各种程序时，指令系统提供的指令足够使用，而不必用软件来实现。采用硬件指令的目的是提高程序执行速度，便于用户编写程序。

• 有效性： 有效性是指利用该指令系统所编写的程序能够高效率地运行。高效率主要表现在程序占据存储空间小、执行速度快。一般来说，一个功能更强、更完善的指令系统，必定有更好的有效性。

• 规整性： 规整性包括指令系统的对称性、匀齐性、指令格式和数据格式的一致性。

  • 对称性是指：在指令系统中所有的寄存器和存储器单元都可同等对待，所有的指令都可使用各种寻址方式；

  • 匀齐性是指：一种操作性质的指令可以支持各种不同的数据类型；

  • 指令格式和数据格式的一致性是指：指令长度和数据长度有一定的关系，以方便处理和存取。例如指令长度和数据长度通常是字节长度的整数倍。

• 兼容性： 系列机各机种之间具有相同的基本结构和共同的基本指令集，因而指令系统是兼容的，即各机种上基本软件可以通用。

指令系统体系结构(ISA)

寄存器组织

存储器的组织和寻址方式

I/O系统结构

数据类型及其表示

指令系统

中断机制

机器工作状态的定义及切换

保护机制

低级语言与硬件结构的关系

比较内容	高级语言	低级语言
对程序员的训练要求： （1）通用算法 （2）语言规则 （3）硬件知识	有 较少 不要	有 较多 要
对机器独立的程度	独立	不独立
编制程序的难易程度	易	难
编制程序所需时间	短	较长
程序执行时间	较长	短
编译过程中对计算机资源（时间和存储容量）的要求	多	少