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(dāng)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(xué)家開始在加州大學(xué)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?，F(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(xí)慣和風(fēng)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。