cpu指令系統(tǒng)又稱(chēng)什么
cpu指令系統(tǒng)又稱(chēng)什么
CPU作為電腦的核心組成部份，它的好壞直接影響到電腦的性能。下面是學(xué)習(xí)啦小編帶來(lái)的關(guān)于cpu指令系統(tǒng)又稱(chēng)什么的內(nèi)容，歡迎閱讀!
cpu指令系統(tǒng)又稱(chēng)什么：
指令系統(tǒng)指的是一個(gè)CPU所能夠處理的全部指令的集合，是一個(gè)CPU的根本屬性。比如我們現(xiàn)在所用的CPU都是采用x86指令集的，他們都是同一類(lèi)型的CPU，不管是INTEL的CPU、還是IMD的Athlon或Joshua。
世界上還有比這些更快的CPU，比如Alpha，但它們不是用x86指令集，不能使用數(shù)量龐大的基于x86指令集的程序，如Windows98。
之所以說(shuō)指令系統(tǒng)是一個(gè)CPU的根本屬性，是因?yàn)橹噶钕到y(tǒng)決定了一個(gè)CPU能夠運(yùn)行什么樣的程序。 所有采用高級(jí)語(yǔ)言編出的程序，都需要翻譯(編譯或解釋)成為機(jī)器語(yǔ)言后才能運(yùn)行，這些機(jī)器語(yǔ)言中所包含的就是一條條的指令。 1、 指令的格式 一條指令一般包括兩個(gè)部分：操作碼和地址碼。操作碼其實(shí)就是指令序列號(hào)，用來(lái)告訴CPU需要執(zhí)行的是那一條指令。地址碼則復(fù)雜一些，主要包括源操作數(shù)地址、目的地址和下一條指令的地址。在某些指令中，地址碼可以部分或全部省略，比如一條空指令就只有操作碼而沒(méi)有地址碼。
舉個(gè)例子吧，某個(gè)指令系統(tǒng)的指令長(zhǎng)度為32位，操作碼長(zhǎng)度為8位，地址長(zhǎng)度也為8位，且第一條指令是加，第二條指令是減。當(dāng)它收到一個(gè)“00000010000001000000000100000110”的指令時(shí)，先取出它的前8位操作碼，即00000010，分析得出這是一個(gè)減法操作，有3個(gè)地址，分別是兩個(gè)源操作數(shù)地址和一個(gè)目的地址。于是，CPU就到內(nèi)存地址00000100處取出被減數(shù)，到00000001處取出減數(shù)，送到ALU中進(jìn)行減法運(yùn)算，然后把結(jié)果送到00000110處。
早期的CPU都采用CISC指令，最典型的就是x86系列處理器。CISC的特點(diǎn)是有大量復(fù)雜的指令、指令長(zhǎng)度可變、尋址方式多樣。
在計(jì)算機(jī)發(fā)展之初，CPU指令系統(tǒng)包含很少的指令，一些復(fù)雜的操作通過(guò)簡(jiǎn)單指令的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)，如兩個(gè)數(shù)a和b相乘可以用a個(gè)b的加法來(lái)實(shí)現(xiàn)。隨著集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，為了軟件編程方便和提高程序運(yùn)行速度，在CPU的設(shè)計(jì)中不斷增加可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜功能的指令，如乘法運(yùn)算中直接使用乘法指令而不是多個(gè)數(shù)的累加。隨著復(fù)雜指令增多，CPU指令系統(tǒng)變得越來(lái)越復(fù)雜。
指令越來(lái)越多、越來(lái)越復(fù)雜帶來(lái)另一個(gè)問(wèn)題，因?yàn)橹噶钕到y(tǒng)的指令數(shù)量由指令操作碼的位數(shù)決定。如指令數(shù)量為n，指令碼位數(shù)為k，則 。CPU指令編碼寬度不可能隨意增加，促使操作碼擴(kuò)展技術(shù)出現(xiàn)。假如操作碼為2位，則正常情況可表示四個(gè)指令，分別是00, O1, 10, 11。為了增加指令長(zhǎng)度，如果把編碼“11”作為擴(kuò)展碼，并把操作碼擴(kuò)展到4位，則該指令系統(tǒng)就有 00, O1, 10, 1100, 1101, 1110, 1111等七條指令，這就是長(zhǎng)度可變的操作碼編碼方式。
上述這種具有大量復(fù)雜指令、指令長(zhǎng)度可變、且尋址方式多樣的指令系統(tǒng)就是傳統(tǒng)CISC指令系統(tǒng)。
采用CISC (Complex Instruction Set Computer，復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī))的計(jì)算機(jī)有著較強(qiáng)的處理高級(jí)語(yǔ)言的能力，這有益于提高計(jì)算機(jī)的性能，但另一方面，復(fù)雜的指令、變長(zhǎng)的編碼、靈活的尋址方式大大增加了指令解碼的難度，而在現(xiàn)在的高速硬件發(fā)展下，復(fù)雜指令所帶來(lái)的速度提升已不及在解碼上浪費(fèi)點(diǎn)的時(shí)間。
IBM公司于1975年組織力量研究指令系統(tǒng)的合理性問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)CISC存在的一些缺點(diǎn)：首先，在這種計(jì)算機(jī)中，各種指令的使用率差別很大，一個(gè)典型程序的運(yùn)算過(guò)程所使用的80%指令，只占一個(gè)處理器指令系統(tǒng)的20，最頻繁使用的是取、存和加這些最簡(jiǎn)單的指令，而占指令數(shù)80%的復(fù)雜指令卻只有20%的機(jī)會(huì)用到。復(fù)雜的指令系統(tǒng)必然帶來(lái)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，增加了設(shè)計(jì)、制造的難度，盡管大規(guī)模集成電路技術(shù)已達(dá)發(fā)展到很高的水平，但也很難把CISC的全部硬件做在一個(gè)芯片上，妨礙單片計(jì)算機(jī)的發(fā)展;另外，在CISC中，許多復(fù)雜指令需要完成復(fù)雜的操作，這類(lèi)指令多數(shù)是某種高級(jí)語(yǔ)言的直接翻版，因而通用性差，采用二級(jí)的微碼執(zhí)行方式，降低了那些被頻繁調(diào)用的簡(jiǎn)單指令系統(tǒng)的運(yùn)行速度。
針對(duì)CISC的這些弊病，業(yè)界提出了精簡(jiǎn)指令的設(shè)計(jì)思想，即指令系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)只包含那些使用頻率很高的少量指令，并提供一些必要的指令以支持操作系統(tǒng)和高級(jí)語(yǔ)言，按照這個(gè)原則發(fā)展而成的計(jì)算機(jī)被稱(chēng)為RISC(Reduced Instruction Set Computer，精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī))。
RISC的最大特點(diǎn)是指令長(zhǎng)度固定，指令種類(lèi)少，尋址方式種類(lèi)少，大多數(shù)是簡(jiǎn)單指令且都能在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成，易于設(shè)計(jì)超標(biāo)量與流水線(xiàn)，寄存器數(shù)量多，大量操作在寄存器之間進(jìn)行。一般認(rèn)為RISC處理器有以下幾個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)：
1)芯片面積小
實(shí)現(xiàn)精簡(jiǎn)的指令系統(tǒng)需要的晶體管少，芯片面積自然就小一些。節(jié)約的面積可以用于實(shí)現(xiàn)提高性能的功能部件，如高速緩存、存儲(chǔ)器管理和浮點(diǎn)運(yùn)算器等，也便于在單片上集成更多其它模塊，如網(wǎng)絡(luò)控制器、語(yǔ)音/視頻編碼器、SDRAM控制器、PCI總線(xiàn)控制器等。
2)開(kāi)發(fā)時(shí)間短
開(kāi)發(fā)一個(gè)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔的處理器在人力、物力上的投入要更少，整個(gè)開(kāi)發(fā)工作的開(kāi)發(fā)時(shí)間更易于預(yù)測(cè)可控制。
3)性能高
在CISC處理器中，一些復(fù)雜的操作有專(zhuān)用的指令，對(duì)于單個(gè)的操作使用專(zhuān)用指令可以提高處理效率，但復(fù)雜指令的使用降低了所有其它指令的執(zhí)行效率。完成同樣功能的程序時(shí)，RISC處理器需要更多的指令，但RISC單個(gè)指令執(zhí)行效率高，而且RISC處理器容易實(shí)現(xiàn)更高的工作頻率，從來(lái)使整體性能得到提高。RIS C處理器的性能上的優(yōu)點(diǎn)在處理器發(fā)展的實(shí)踐中得到驗(yàn)證。
目前，通用計(jì)算機(jī)，如個(gè)人電腦、服務(wù)器等大多采用CISC結(jié)構(gòu)的x86處理器，隨著技術(shù)的發(fā)展，新的x86處理器融合了RISC的特性。在嵌入式處理器中，RISC技術(shù)則得到普遍的應(yīng)用，如MIPS處理器、ARM處理器等。
看了cpu指令系統(tǒng)又稱(chēng)什么文章內(nèi)容的人還看：
1.什么是CPU
2.cpu有什么功能
3.cpu有多重要