Atitit 指令集（IA及指令集架构 ）

Atitit 指令集（IA及指令集架构）

1. 指令集（IA：InstructionSet）是指CPU指令系统所能识别（翻译）执行的全部指令的集合。 1

1.1. （1）运算指令 1

1.2. （2）控制指令 1

1.3. （3）数据传送指令 1

2. 2.3 CISC和RISC 复杂指令集（CISC，Complex InstructionSet Computer）和精简指令集（RISC，Reduced Instruction Set Computer） 2

3. RISC 优缺点 2

4. 指令执行过程 3

5. 每一个具体步骤就是一条业务指令 3

5.1. 业务指令集 3

1. 指令集（IA：InstructionSet）是指CPU指令系统所能识别（翻译）执行的全部指令的集合。

处理器要完成计算任务，需要具备以下几种指令类型。

1.1. （1）运算指令

运算由运算器单元（ALU）实现，指令包括算术运算指令、逻辑运算指令和移位指令。

算术运算指令实现加减乘除（+-*/）等基本的算术运算；逻辑运算指令实现与或非（&|~）等基本的逻辑运算；移位指令实现二进制比特位（bit）的左右移（<<>>）运算。

1.2. （2）控制指令

除了做计算外，CPU还要实现循环。循环是由跳转指令实现的，跳回去执行就是循环。循环在一定条件下跳出，否则就成死循环了，条件跳转指令能完成这个功能。条件跳转指令在一定条件下实现跳转，它能实现分支功能。跳转指令也称为控制指令。控制由CPU控制器单元实现。

1.3. （3）数据传送指令

运算和控制指令的操作数从哪里来的呢？操作数都放在存储器中。在x86 IA中，运算指令的操作数既可以是寄存器，也可以是存储器；而在其他RISCIA例如MIPS中，运算指令的操作数只能是寄存器，因此需要先使用加载（load）指令将存储器中的数据导入到寄存器中，运算完成后，再用存储（store）指令将寄存器中的运算结果数据导出到存储器中。这类指令就是数据传送指令。

有了这三类指令，CPU就能完成各种复杂的运算。

2. 2.3 CISC和RISC 复杂指令集（CISC，Complex InstructionSet Computer）和精简指令集（RISC，Reduced Instruction Set Computer）

处理器的指令集可简单分为两种：复杂指令集（CISC，Complex InstructionSet Computer）和精简指令集（RISC，Reduced Instruction Set Computer）。

（1）指令集的演进

一开始的处理器都是CISC架构，随着时间的演进，有越来越多的指令集加入。采用复杂指令系统的计算机有着较强的处理高级语言的能力，这对提高计算机的性能是有益的。当计算机的设计沿着这条道

3. RISC 优缺点

5>高效的流水线特性——流水线的本质就是CPU并行运行，只是并行运行不像FPGA中的那么直接，它只是把一条指令分成几个更小的执行单元；CISC指令的执行需要调用一个微码，明显没有RISC的指令吞吐量大。

固定的指令长度、大型寄存器堆和load/store结构可充分发挥流水线特性。在并行处理方面RISC明显优于CISC，RISC可同时执行多条指令，它可将一条指令分割成若干个进程或线程，交由多个处理器同时执行。由于RISC执行的是精简指令集，所以它的制造工艺简单且成

7>RISC的缺点——代码密度不高，可执行文件体积较大，汇编代码可读性差。代码密度不高是值得关注的问题：若不使用cache，会需要更大的指令存储控件，取指时也占用更大的内存带宽；若采用cache，又会降低cache的命中率。而从CPU的设计上来讲，由于RISC的核心代码要少很多，使得其结构相应简化，因此在体积、造价、功耗、散热和价格上都具有优势。

从以上的比较来看，RISC与CISC各有千秋，由于RISC具有更强的实用性，故应该是未来处理器的发展方向。但事实上，当今时代wintel一统江湖，且早期很多软件都是根据CISC设计的，单纯的RISC将无法兼容。此外，现代CISC结构的CPU已经融合了很多RISC的成分，其性能差距已经越来越小。复杂指令可以提供更多的功能，这是程序设计所需要的。例如ARM提供了DSP& SIMD扩展：增强型DSP指令（E变种）和媒体功能扩展（SIMD变种）。因此，CISC与RISC的融合应该是未来的发展方向。

4. 指令执行过程

指令的执行过程按时间顺序可分为以下几个步骤：

（1）CPU发出指令地址。将指令指针寄存器（IP）的内容——指令地址，经地址总线送入存储器的地址寄存器中。

（2）从地址寄存器中读取指令。将读出的指令暂存于存储器的数据寄存器中。

（3）将指令送往指令寄存器。将指令从数据寄存器中取出，经数据总线送入控制器的指令寄存器中。

（4）指令译码。指令寄存器中的操作码部分送指令译码器，经译码器分析产生相应的操作控制信号，送往各个执行部件。

（5）按指令操作码执行。

（6）修改程序计数器的值，形成下一条要取指令的地址。若执行的是非转移指令，即顺序执行，则指令指针寄存器的内容加1，形成下一条要取指令的地址。