【正文】 指令、指令系統(tǒng)和匯編程序設(shè)計(jì) 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成。硬件指由中央處理機(jī)、存儲(chǔ)器以及外圍設(shè)備等組成的實(shí)際裝置。軟件是為了使用計(jì)算機(jī)而編寫的各種系統(tǒng)和用戶程序，由一系列機(jī)器指令組成。 指令是用戶使用計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)運(yùn)行的最小的功能單位，一臺(tái)計(jì)算機(jī)支持（或稱使用）的全部指令構(gòu)成該計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)，它對(duì)計(jì)算機(jī)本身硬件結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度和運(yùn)行性能，對(duì)用戶完成程序設(shè)計(jì)的難易程度和工作效率，有非常重要的影響，必須對(duì)設(shè)計(jì)指令系統(tǒng)的工作給以足夠的重視，慎重確定。 匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì) 機(jī)器語(yǔ)言 是計(jì)算機(jī)硬件能夠直接識(shí)別和運(yùn)行的指令的集合，是二進(jìn)制碼組成的指令，直接用機(jī)器指令設(shè)計(jì)程序是非常困難的事情，是程序設(shè)計(jì)人員難以承擔(dān)的工作。 匯編語(yǔ)言 大體上是對(duì)計(jì)算機(jī)機(jī)器語(yǔ)言的符號(hào)化處理的結(jié)果，再增加一些為方便程序設(shè)計(jì)而實(shí)現(xiàn)的擴(kuò)展功能。 匯編語(yǔ)言至少有 2 大優(yōu)點(diǎn)。第一、可以用英文單詞或其縮寫形式替代二進(jìn)制的指令代碼，更容易記憶和理解；第二還可以選用英文單詞來(lái)表示程序中的數(shù)據(jù)（常量、變量和語(yǔ)句標(biāo)號(hào)），把為這些數(shù)據(jù)分配存儲(chǔ)單元的任務(wù)留給匯編程序去處理，這樣的語(yǔ)言就達(dá)到了實(shí)用的最基本的標(biāo)準(zhǔn)。 若在此基礎(chǔ)上，在支持程序的不同結(jié)構(gòu)特性（如循環(huán)和重復(fù)執(zhí)行等結(jié)構(gòu)，子程序所用啞變?cè)鎿Q為真實(shí)參數(shù)）等方面提供必要的支持，用此語(yǔ)言設(shè)計(jì)程序就更為方便。 匯編語(yǔ)言程序經(jīng)匯編后翻譯為機(jī)器語(yǔ)言程序方可運(yùn)行。 高級(jí)語(yǔ)言 又稱算法語(yǔ)言，它的實(shí)現(xiàn)思路，不再是過(guò)分地“靠攏”計(jì)算機(jī)硬件的指令系統(tǒng)，而是著重面向解決實(shí)際問(wèn)題所用的算法，更多的是是為方便程序設(shè)計(jì)人員寫出自己解決問(wèn)題的處理方案和解題過(guò)程的程序。目前常用的高級(jí)語(yǔ)言有 BASIC、 C、C++、 ,PASCAL、 JAVA、 PROLOG、 VHDL等幾百種。用這些語(yǔ)言設(shè)計(jì)出來(lái)的程序，通常需要經(jīng)過(guò)一個(gè)叫做編譯程序的軟件先編譯成機(jī)器語(yǔ)言程序，或者首先編譯成匯編程序后，再經(jīng)過(guò)匯編操作后得到機(jī)器語(yǔ)言程序，才能在計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)上予以執(zhí)行；也可以由一個(gè)叫做解釋執(zhí)行程序的軟件，逐條取來(lái)相應(yīng)高級(jí)語(yǔ)言程序的每個(gè)語(yǔ)句并直接控制其完成執(zhí)行過(guò)程，而不是把整個(gè)程序編譯為機(jī)器語(yǔ)言程序之后再一起交給硬件系統(tǒng)加以執(zhí)行。 對(duì)指令系統(tǒng)的要求 完備性 : 指令齊全，編程方便 高效性：占內(nèi)存少，運(yùn)行省時(shí) 規(guī)整性：指令與運(yùn)算規(guī)則統(tǒng)一 兼容性：新舊機(jī)指令軟件兼容 當(dāng)前計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)，從構(gòu)成的復(fù)雜和完備程度，或者說(shuō)設(shè)計(jì)中追求的不同目標(biāo)區(qū)分，可分為 CISC 和 RISC 兩類： RISC（ Reduced Instruction Set Computer） ,通常稱為精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)，提供數(shù)目較少、格式與功能簡(jiǎn)單、運(yùn)行高效的指令，追求的是計(jì)算機(jī)控制器實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，運(yùn)行高速，更容易在單塊超大規(guī)模集成電路的芯片內(nèi)制做出來(lái)。 CISC （ Complex Instruction Set Computer） ,通常稱為復(fù)雜指令系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)，是相對(duì)于 RISC 一詞而提出來(lái)的一種說(shuō)法。其特點(diǎn)是：指令條數(shù)多，格式多樣，尋址方式復(fù)雜，每條指令的功能強(qiáng)，優(yōu)點(diǎn)是匯編程序設(shè)計(jì)容易些，但計(jì)算機(jī)控制器的實(shí)現(xiàn)困難多，很多指令被使用的機(jī)會(huì)較少。 匯編語(yǔ)言 層 操作系統(tǒng) 層 指令系統(tǒng)層 微體系結(jié)構(gòu)層 數(shù)字邏輯層 高級(jí)語(yǔ)言 層 應(yīng)用層 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu) 從圖中可以看到的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的 7 層結(jié)構(gòu)。 采用這種分層次的方法來(lái)分析和解決某些問(wèn)題，有利于簡(jiǎn)化處理問(wèn)題的難度，在某一段時(shí)間，在處理某一層中的問(wèn)題時(shí)，只需集中精力解決當(dāng)前最需要關(guān)心的核心問(wèn)題即可，而不必牽扯各上下層中的其他問(wèn)題。 指令系統(tǒng)層處在硬件和軟件之間，硬件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)每一條指令的功能，解決指令之間的連接關(guān)系；軟件是由按一定規(guī)則組織起來(lái)的許多條指令組成，完成一定的數(shù)據(jù)運(yùn)算或者事務(wù)處理功能。 匯編語(yǔ)言 層 操作系統(tǒng) 層 指令系統(tǒng) 層 微體系結(jié)構(gòu)層 數(shù)字邏輯層 高級(jí)語(yǔ)言 層 應(yīng)用層 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu) 指令系統(tǒng)是指一臺(tái)計(jì)算機(jī)使用的全部指令。從計(jì)算機(jī)硬件本身看，指令是控制計(jì)算機(jī)運(yùn)行的最小的功能單位，從使用計(jì)算機(jī)的角度看，指令是用于編寫軟件程序的。指令系統(tǒng)的設(shè)計(jì)質(zhì)量是十分重要的，直接關(guān)系到用戶和廠家雙方的切身利益。 從使用計(jì)算機(jī) 硬件 的五大功能部件來(lái)說(shuō)，需要設(shè)置一些指令，例如，執(zhí)行算術(shù)、邏輯運(yùn)算（ ADD， SUB， AND， OR）、完成數(shù)據(jù)傳送、移位的指令（ MOVE， SHR， RCL）； 執(zhí)行輸入、輸出操作的指令（ IN， OUT）， 執(zhí)行讀寫內(nèi)存儲(chǔ)器的指令 (STORE， LOAD)，執(zhí)行讀寫堆棧的指令（ PUSH， POP） ； 就設(shè)計(jì) 軟件 程序的需求來(lái)說(shuō)，也需要設(shè)置一些指令，例如，改變指令執(zhí)行次序的指令（ JUMP， JRC），執(zhí)行子程序調(diào)用與返回的指令（ CALL， RET）； 從用到的數(shù)據(jù)的角度看 ，在這些指令中可能用到運(yùn)算器的累加器中、內(nèi)存單元中、 I/O 接口中的數(shù)據(jù)，得有辦法在指令中表示清楚。 軟件子系統(tǒng) 硬件子系統(tǒng) 輸入設(shè)備 輸出設(shè)備 入出接口和總線 外存設(shè)備 主存儲(chǔ)器 高速緩存 控 制 器 運(yùn) 算 器 使用硬件系統(tǒng)會(huì)用到的指令舉例 ADD SUB AND OR MOVE SHR RCL IN OUT STORE PUSH JUMP JRC CALL RET LOAD POP 用指令寫程序的示意性的例子和指令的內(nèi)容 IN 寄存器 1, 輸入設(shè)備 1 ；從輸入設(shè)備 1 讀一個(gè)數(shù)到 寄存器 1 IN 寄存器 2, 輸入設(shè)備 4 ；從輸入設(shè)備 4 讀一個(gè)數(shù)到寄存器 2 ADD 寄存器 1, 寄存器 2 ；兩個(gè)寄存器內(nèi)容相加，結(jié)果存回寄存器 1 STORE 內(nèi)存地址 m, 寄存器 1 。 把寄存器 1 的內(nèi)容寫入地址為 m 的內(nèi)存單元 MOVE 寄存器 3, 寄存器 2 ；傳送寄存器 2的內(nèi)容到寄存器 3 OUT 輸出設(shè)備 2, 寄存器 3 ；輸出寄存器 3 的內(nèi)容到輸出設(shè)備 2 JUMP 內(nèi)存地址 n ；轉(zhuǎn)去執(zhí)行地址為 n 的內(nèi)存單元中的指令 從前面 7 條指令構(gòu)成的小程序可以看到，每一條指令必須給出 它需要完成的功能， 通常用幾位指令操作碼表示 ；可能還需要給出用到的累計(jì)器， 通常用幾位寄存器編碼表示 ，或者某一臺(tái)輸入、輸出設(shè)備， 通常用幾位設(shè)備端口地址表示 ，或者某一