指令是處理器進行操作的最小單元,如加減乘除操作、讀寫存儲器操作等。而指令集則是壹組指令的集合。
有了指令集架構,就可以使用不同的處理器硬件實現方案(微架構)來設計不同性能的處理器,此時軟件無需做任何修改便可以完全運行在任何壹款遵循同壹指令集架構的處理器上。事實上,處理器架構和處理器指令集並沒有特別的對應關系,比如采用x86指令集也可以用MIPS微結構,MIPS的指令集也可以用在x86處理器的微結構上。
指令系統的設計原則
完備性:該有的功能都要有
有效性:簡潔、加速常用操作、沒有歧義
規整性:對稱、勻齊、壹致(簡單源於規整)
兼容性:
向上(下)兼容:按某檔機器編制的程序,不加修改的就能運行與比它高(低)檔的機器;
向前(後)兼容:按某個時期投入市場的某種型號機器 編制的程序,不加修改就能運行於它之前或之後投入市場的機器。
完整的指令系統包括
通常,完整的指令系統根據各個指令的作用權限不同,可分為用戶指令集和特權指令集
(1)用戶指令系統
算術運算指令
邏輯運算指令
數據傳送指令
load-store等等
程序控制指令
branch,jump等
輸入輸出指令
In/Out指令
(2)特權指令系統
該類型指令可以在裸機下運行,也可以由操作系統使用,目的是讓計算機更好用,更安全。操作系統通過特權指令系統管理計算機,使應用程序擁有獨占CPU的假象,並使應用間相互隔離,互不幹擾。
主要包括系統控制指令,如異常與中斷處理指令。
指令風格:CISC和RISC
(1)CISC
經典的CISC架構有x86,CISC出現較早,顯得大而全。其指令數很多,不僅包含了處理器常用的指令,也包含了許多不常用的特殊指令。
其特征主要有:
指令系統復雜
指令周期長
各種指令都能訪問存儲器
有專用寄存器
采用微程序控制
難以進行編譯優化生成高效目標代碼
存在的問題:
研發周期長
大量的特殊指令讓CPU設計變得復雜,增加了硬件上的時間成本和面積開銷
難以保證設計的正確性,難以調試和維護
機器的時鐘周期長,降低系統性能
效率低下
CISC的指令只有20%被經常使用,80%則很少被用到;且20%的指令占據了80%的存儲空間
(2)RISC
經典的RISC架構有SPARC,MIPS,Power,Alpha,ARM,ARC,Andes,C-Sky
RISC指令的特征有:
簡化的指令系統
以寄存器-寄存器方式工作
指令周期短
采用大量通用寄存器,以減少訪問次數
采用組合邏輯電路控制,不用或少用微程序控制
采用優化的編譯系統,力求有效的支持高級語言程序
2. 指令格式
指令長度
指令長度取決於操作碼長度、操作數地址長度和地址個數
定長指令字
所有指令的長度相同,需向最長指令看齊,目前RISC采用該種方式
變長指令字
不同指令長度不同,目前大部分CISC均采用該種方式
使用頻度高的指令分配短的操作碼,頻度低的指令分配較長操作碼
操作碼設計
每條指令的操作碼只能有壹個
定長操作碼
操作碼部分采用固定長度編碼
譯碼簡單、但有信息冗余
擴展操作碼
操作碼編碼長度分成幾種固定長的格式,操作碼的位數隨地址數的減少而增加
縮短指令長度,減少程序總位數,怎該指令字所能表示的操作信息
操作碼長度和指令長度的關系
指令長度可變和操作碼長度可變沒有絕對聯系
當追求程序代碼長度時會偏向變長指令字、變長操作碼設計
當追求整體性能時會偏向定長指令字、定長操作碼設計
指令格式設計的原則
指令盡量短
要有足夠的操作碼位數
指令編碼必須有唯壹的解釋
指令字長應是字節的整數倍
均衡設計、指令盡量規整
合理選擇地址字段的個數
地址碼設計
單地址指令可以是可變長度的指令,也可以定長的指令
單地址指令可加快取指令速度
單地址指令可能有壹個操作數,也可能有兩個操作數
3. 指令尋址
尋址
(1) 尋址方式
尋址方式是如何找到操作數存放位置的方法。
尋址方式分為基本尋址方式和復雜尋址方式。
(2) 基本尋址方式
不同指令集有不同的尋址方式
立即數尋址
存儲器直接尋址
寄存器直接尋址
存儲器間接尋址
指針於間接尋址:指針在程序設計中是地址的地址
MOV R1, @(1000H) #兩次訪存
寄存器間接尋址
MOV AX, [BX] #壹次寄存器訪問,壹次訪存
偏移尋址
等同於直接尋址和寄存器間接尋址
分為先對方式,基址尋址,變址尋址
堆棧尋址
SP:堆棧指令寄存器,永遠指向棧頂
(3)目的
擴大訪存範圍
提高林火星和有效性
支持軟件技術發展:多道程序設計
指令按操作方式分類
堆棧型:早期計算機,零地址指令,操作數在棧頂,在運算指令中不需要指定操作數,默認對棧頂數據進行運算並將結果壓回棧頂
累加器型:單地址指令,操作數中包含累加器,其余在指令中指定,結果寫回到累加器
寄存器型:register-register:load-store型,操作數由指令顯示指定,除了訪存指令外,其余指令的操作數均為寄存器
微型計算機是壹種體積比較小的電子計算機。那麽微型計算機有哪些呢?微型計算機壹般可以分為四個大類,分別是網絡計算機、工業控制計算機、個人計算機以及嵌入式計算機,下面我們來具體了解壹下。
微型計算機有哪些
網絡計算機
(1)服務器(Server)
專指某些高性能計算機,能通過網絡,對外提供服務。相對於普通電腦來說,穩定性、安全性、性能等方面都要求更高,因此在CPU、芯片組、內存、磁盤系統、網絡等硬件和普通電腦有所不同。
(2)工作站(Workstation)
是壹種以個人計算機和分布式網絡計算為基礎,主要面向專業應用領域,具備強大的數據運算與圖形、圖像處理能力,為滿足工程設計、動畫制作、科學研究、軟件開發、金融管理、信息服務、模擬仿真等專業領域而設計開發的高性能計算機。
(3)集線器
集線器(HUB)是壹種***享介質的網絡設備,它的作用可以簡單的理解為將壹些機器連接起來組成壹個局域網,HUB 本身不能識別目的地址。
(4) 交換機
交換機(Switch)是按照通信兩端傳輸信息的需要,用人工或設備自動完成的方法把要傳輸的信息送到符合要求的相應路由上的技術統稱。
(5)路由器
路由器(Router)是壹種負責尋徑的網絡設備,它在互聯網絡中從多條路徑中尋找通訊量最少的壹條網絡路徑提供給用戶通信。
工業控制計算機
是壹種采用總線結構,對生產過程及其機電設備、工藝裝備進行檢測與控制的計算機系統總稱。簡稱控制機。它由計算機和過程輸入輸出(I/O)通過兩大部分組成。工控機的主要類別有:IPC(PC總線工業電腦)、PLC(可編程控制系統)、DCS(分散型控制系統)、FCS(現場總線系統)及CNC(數控系統)五種。
個人計算機
1、臺式機(Desktop)
也叫桌面機,是壹種獨立相分離的計算機,完完全全跟其它部件無聯系,相對於筆記本和上網本體積較大,主機、 顯示器 等設備壹般都是相對獨立的。
2、電腦壹體機
電腦壹體機,是由壹臺顯示器、壹個電腦鍵盤和壹個鼠標組成的電腦。
3、 筆記本電腦 (Notebook或Laptop)
也稱手提電腦或膝上型電腦,是壹種小型、可攜帶的個人電腦
4、掌上電腦(PDA)
掌上電腦是壹種運行在嵌入式操作系統和內嵌式應用軟件之上的、小巧、輕便、易帶、實用、價廉的手持式計算設備。
5、 平板電腦
平板電腦是壹款無須翻蓋、沒有鍵盤、大小不等、形狀各異,卻功能完整的電腦。
嵌入式計算機
即嵌入式系統( embedded systems) ,是壹種以應用為中心、以微處理器為基礎,軟硬件可裁剪的,適應應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗等綜合性嚴格要求的專用計算機系統。嵌入式系統幾乎包括了生活中的所有電器設備,如掌上pda、計算器、 電視機 頂盒、手機、數字電視、多媒體播放器、汽車、 微波爐 、/sf/vsearch?pd=image_content&word=%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA&tn=vsearch&atn=mediacy&fr=tab&sa=vs_tab&imgpn=0&imgspn=&tt=1&di=1650&bdtype=0&pi=0&cs=3226453250%2C1763145102&imgos=1913142443%2C365634818&imgis=0%2C0&imgtype=0&ssrlid=11673308254046637572&imgcontent=%7B%22materialQuery%22%3A%22%22%7D數字相機、家庭自動化系統、 電梯 、 空調 等等。