指令與程序

簡單地說，計算機指令就是指揮計算機工作的指示和命令，程序就是一系列按一定順序排列的指令，計算機的工作過程就是執(zhí)行程序的過程。


1.指令

計算機中的控制器靠指令來指揮機器工作，人們用指令表達自己的意圖，并交給控制器執(zhí)行。通常一條指令包括兩方面的內(nèi)容:操作碼和操作數(shù)，操作碼決定要完成的操作，操作數(shù)指出參加運算的數(shù)據(jù)及其所在的單元地址。

在計算機中，指令以二進制編碼的形式存放在存儲器中。

在一條指令的執(zhí)行過程中，首先是取指令和分析指令，即按照程序規(guī)定的次序，從內(nèi)存取出當前要執(zhí)行的網(wǎng)站設(shè)計指令，并送到控制器的指令寄存器中，對所取的指令進行分析，也就是根據(jù)指令中的操作碼確定計算機應(yīng)進行什么操作。其次是執(zhí)行指令，即根據(jù)指令分析結(jié)果，由控制器發(fā)出完成操作所需的一系列控制信號，以便指揮有關(guān)部件完成這一操作，同時還為取下一條指令做好準備。

2.指令系統(tǒng)

一臺計算機所能執(zhí)行的各種不同指令的全體，稱為該計算機的指令系統(tǒng)。每一種計算機均有自己特定的指令系統(tǒng)，其指令內(nèi)容和格式有所不同。

盡管為不同CPU所設(shè)計的指令系統(tǒng)各不相同，但基本上所有的計算機都包含以下幾種類型的指令:數(shù)據(jù)傳送類指令、輸人輸出(I/O)類指令、算術(shù)運算類指令、邏輯運算類指令、移位操作類指令、程序控制類指令、串操作類指令、處理機控制類指令、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換類指令等。

在計算機指令系統(tǒng)的優(yōu)化發(fā)展過程中，出現(xiàn)過兩個截然不同的優(yōu)化方向:復(fù)雜指令集計算機(Complex Instruction Set Computer, CISC)技術(shù);精簡指令集計算機(Reduced Instruction Set Computer, RISC)技術(shù)。這里的計算機指令是指計算機最低層的機器指令，也就是CPU能夠直接識別的指令。

計算機系統(tǒng)越來越復(fù)雜，同時要求其指令系統(tǒng)的構(gòu)造能使得計算機系統(tǒng)的整體性能更快、更穩(wěn)定。最初，人們采用的優(yōu)化方法是設(shè)置一些功能復(fù)雜的指令，把一些原來要由軟件實現(xiàn)的、常用的功能改用硬件的指令系統(tǒng)實現(xiàn)，也就是通過增加硬件的復(fù)雜性來獲得高性能，這就是CISC技術(shù)的思想。

日趨龐雜的指令系統(tǒng)不但不易實現(xiàn)，而且還有可能降低系統(tǒng)的性能。1979年，以帕特遜教授為首的一批計算機科學家開始在加州大學伯克利分校開展這一研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，計算機中各種指令的使用率相差懸殊:一個典型程序的運算過程所使用指令的80，僅僅是其指令系統(tǒng)中20%的指令，事實上，使用最頻繁的指令是存、取和相加等簡單指令。因此，長期致力于復(fù)雜指令系統(tǒng)的設(shè)計，實際上是在設(shè)計一種難以在實踐中用得上的指令系統(tǒng)的處理器。

RISC技術(shù)是在20世紀80年代發(fā)展起來的，其基本思想是盡量簡化計算機指令功能，只保留那些功能簡單、能在一個節(jié)拍內(nèi)完成執(zhí)行的指令，而把較復(fù)雜的功能用一段子程序來實現(xiàn)。

3.程序

計算機程序(通常簡稱為程序，在我國港澳臺地區(qū)稱為程式)是指遵循一定規(guī)則和思想組織起來的、能正確完成指定工作的指令序列。現(xiàn)在的計算機還無法直接理解人類的自然語言，所以還不能用自然語言編寫計算機程序。程序通常用某種程序設(shè)計語言編寫，運行于某種目標機器上。

編寫程序(即編程，其專業(yè)術(shù)語是“程序設(shè)計”)是一項系統(tǒng)而煩瑣的工作，需要程序設(shè)計人員具有相應(yīng)的專業(yè)基礎(chǔ)知識，更需要有良好的編程習慣和風格。就像是蓋房子一樣，首先要設(shè)計圖紙，然后再動工。

編寫程序的過程包括問題分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計、用戶界面設(shè)計、代碼設(shè)計與調(diào)試、維護等.通俗地說，問題分析是要明確程序要完成什么功能、達到什么樣的效果等，結(jié)構(gòu)設(shè)計是指對程序的整體框架進行設(shè)計;用戶界面設(shè)計是指對程序運行時與用戶交互的輸入輸出界面的設(shè)計;代碼設(shè)計則進行程序代碼的編寫，然后通過調(diào)試盡可能地排除程序中的錯誤，以確保程序的功能性和正確性;對于使用中的程序還9要進行維護，以修改錯誤或進行功能和性能上的升級。