当前课程知识点：电子信息科学与技术导引(1) > 第五讲：程序与处理器 > 第三节：指令集体系结构 > 第三节：指令集体系结构
好了解了
通用计算机模型
了解了冯诺依曼计算机
的组成之后我们
可以来解释一下
什么是指令什么
是指令系统了号
第三部分内容就是
指令集体系结构
说道指令集实际上
就是指令的集合
换句话说就是
用来控制计算机系统
的一套命令的集合
指令集是一个有限
集合因为指令集
之间的数目是
有限的指令集中的
每条指令都可以
用电路来实现
那么每一种处理器
在设计时就规定了
一系列与硬件电路
相配合的指令系统
指令集的先进与否
也关系到处理器的
性能发挥它也是
处理器性能体现的
一个重要标志
不可否认
计算机呢它也是
一个电路系统就像
我们刚看到的
诺依曼计算机体系结构
一样它内部有
五个部件组成
这些部件其实都是
电路系统但是与
其它电路系统不同的
是计算机本质上是
指令处理器指令集
体系结构也就是ISA
是计算机的灵魂
是计算机硬件和
软件的接口也就是
程序和处理器的接口
那么说到程序实际上
是信息的载体而处理器
是信息处理系统那么
程序这个信息载体和
信息处理器系统通过的
正是指令集体系结构
指令集体系结构
他是计算机硬件与
底层软件之间的接口
它是程序员为使
一个二进制机器语言程序
正确运行所需要了解
的属性有了
指令集体系结构那么
我们就可以谈软件
利用指令集体系结构中
的指令我们可以
编制各种不同的
程序同样有了
指令集体系结构
我们也可以谈
计算机的硬件
每条指令的实现
都是用电路来实现的
只要我们通过
电路实现指令集中的
每一条指令我们
也就可以制造一台
实现指令集体系结构
的计算机在这个
计算机之上可以
运行支持指
令集体系结构的
程序或者是
软件既然我们
提到了指令集
那么在指令集中
我们需要有
哪些指令呢
我们看一个列子
这个例子在
数字信号处理中
是会经常遇到的
fi2滤波器也就是
有限长冲击响
应滤波器xn是
它的输入信号
yn是它的输出信号
coefi是滤波器的
系数它是将当前的
信号和历史上的
信号进行乘加的
运算产生出当前的
输出信号那么为了
实现这样一个运算
那么我们需要什么样的
指令呢首先我们
需要有加法指令有
乘法指令那么
乘法指令加法指令
都是算术运算指令在
一个指令集中除了
算术运算指令以外
我们有的时候需要
一些逻辑运算指令
移位运算指令那么
这样一些指令我们
统称为算术逻辑运算指令
为了实现这个fi2滤波器
的计算除了进行计算以外
处理器还要能实现循环对
这个fi2滤波器来说
它就需要n次循环循环呢
可以通过跳转指令
来实现而循环需要
在一定的条件跳出
否则就成了死循环
条件分支指令
可以实现条件分支的跳转
分支以及子程序调用与
返回等这些指令呢
我们统称为流程控制指令
在现代的RISC处理器中
要求算术逻辑运算的
操作数只能在寄存器
中因此运算前数据要
由存储器装入
(load)寄存器中运算
完成后再由寄存器
存储(store)到存储器中
那么实现存储器和
寄存器间数据交换的
指令我们称为
数据传送指令有了
算术逻辑运算指令
数据传送指令
流程控制指令这
3类指令处理器就能够
完成各种复杂的
计算任务了前面
我们提到指令是
以编码的形式如同
数据一样存放在
存储器中的那么
一条指令它的
编码一般分成两部分
一部分是操作码
一部分是
操作数地址码
操作数操作码指出的
是这条指令完成什么样的
功能做什么样的计算是
加法乘法还是
条件分支操作数地址码
指出的是操作数
它存储的位置实在
寄存器中还是
在存储器中这些操作码
和地址码被控制器
译码形成控制系统各部分
的控制信号下面
我们看一个实际的例子
mips是一种运用广泛的
处理器那么这种处理器有
三种指令格式分别是
rij型这里我们给出了
这三种指令的指令格式
我们看有两个例子
addi $s1, $s0 1
这条指令实现什么样的
功能呢从这个操作码的
助记符我们大概能
猜到它是实现的
一个加法并且这是
一个包含立即数也就是
常数的加法它是将
s0这个寄存器的内容
和1相加把结果写入
s1这个寄存器sw
这条指令呢它实际是
一条数据传输指令它是
将s1这个寄存器中的
数据存放到存储器中
存放的存储器地址是
8000加上这个s0的
寄存器的内容所决定的
虽然生产处理器的厂家很多
但世上却只有
为数不多的
指令集体系结构在
这张图中我们列出了
今天市场上按体系结构
划分的市场份额其中
占市场份额最多的是
arm处理器我们用
刀的手机大多数都是
arm体系结构的而
我们用到的pc机是
用的x86体系结构
除此之外还有powerpcmips
等等为什么生产处理器的
厂家如此之多而
处理器体系结构又很少呢
这是因为在
指令集体系结构背后呢
背后是一个生态链
而不是一两家公司
所以发明一套新的
指令集体系结构并不难
难的是你要让
别人接受你发明的
指令集体系结构所以
指令集体系结构
本身也是一个门槛
-第一节 序言
--第一节 序言
-第二节 电磁学和分析数学发展史：磁学
-第三节 电磁学与分析数学发展史：静电
-第四节 电磁学和分析数学发展史：动电
-第五节 电子器件的发明及电子技术的发展
-第六节 电磁学的广泛应用
-第七节 电磁系统理论
-第八节 电子科学技术各学科间的关系
-第九节 电子科学技术的学科体系
-第一讲：电磁学与分析数学史概览--第一次作业
-第一节 序言
--第一节 序言
-第二节 电磁场（一）
-第三节 电磁场（二）
-第四节 物质
--第四节 物质
-第五节 电磁场与物质的相互作用：非共振作用
-第六节 电磁场与物质的相互作用：共振作用
-第七节 电磁场理论与电路理论
-第一节 空间离散化
-第二节 静场电路分析
-第三节 非静场电路抽象
-第三讲：电路抽象--电路抽象 练习题
-第四节 电路元件抽象
-第五节 非线性元件抽象
-第六节 电路抽象三原则
-第七节 分层抽象思想
-第八节 电路基本问题
-第九节 数字化抽象
-第三讲：电路抽象--Quiz 3
-第一节 序言
--第一节 序言
-第二节 什么是比特
-第三节 比特与编码
-第四节 比特与信息
-第五节 比特的用途示例
-第六节 什么是逻辑
-第七节 逻辑的用途示例
-第八节 与数字电路的关系
-第九节 小结
--第九节 小结
-第四讲：比特与逻辑--Quiz4
-第一节：从算盘到ENIAC
-第二节：通用计算机模型
-第三节：指令集体系结构
-第四节：程序和程序设计语言
-第五节：处理器的工作原理
-第六节：性能问题
--第六节：性能问题
-第七节：小结
--第七节：小结
-第一节：数据与数据处理技术的发展
-第二节：数据处理举例
-第三节：数据模型和算法的概念
-第四节：问题的抽象和建模
-第五节：数值分析问题研究
-第六节：数据和算法的关系I
-第七节：数据和算法的关系II
-第八节：大数据
--第八节：大数据
-第九节：数据挖掘技术和数据算法的展望
-第六讲：数据与算法--Quiz6
-第一节：基本内容简介
-第二节：信息的基本概念和传输的几种方式
-第三节：交换的概念和网络的几种形式
-第四节：模拟与数字通信
-第五节：调制和解调
-第六节：传输涉及的基本理论
-第七节：信息论和几种相关的编码方式
-第八节：多址方式
--第八节：多址方式
-第九节：交换的基本概念
-第十节：网络分层的基本概念
-第十一节：互联网的基本原理和有限状态机模型
-第七讲：通讯与网络--Quiz7
-第一讲：内容简介
--第一讲：内容简介
-第二讲：信息与媒体
-第三讲：人类感知与认知
-第四讲：智能信息处理
-第五讲：媒体与认知相互作用
-第六讲：媒体认知应用
-第七讲：总结
--第七讲：总结
-第八讲：媒体与认知--Quiz8
-期末考试--Final Exam
