姜咏江

 

什么是机器指令计算机？要回答中国问题，先要说清楚什么是机器指令。所谓的机器指令是完成一定功能可带有一定格式的微程序名称，这种名称只能数表示。

 

一、机器指令解释

 

例如微指令计算机中（见我上篇博文），微指令程序：

 

1000001；x→A

 

0100001；y→B

 

0010010；x＋y→O

 

和

 

1000001；x→A

 

0100001；y→B

 

0011010；x－y→O

 

分别确定了两个数相加和相减的基本功能。假如我们将前者用“00000001”表示，后者用“00000010”表示，我们就可以用这两个二进制数代表两个微程序，就称它们是机器指令，前者是加，后者是减。

 

这个例子中变量（寄存器）x、y是隐含的，不需要指出。如果需要指出，须将x、y编成数表示。假如这样的x、y有8个，那么就可以用3位数表示，那么这两个加、减指令就必须写成14位数，后加的6位中有3位数表示x，另外3位数表示y。我们将前面“00000001” “00000010”称为指令“操作码”，后面的6位数称为“操作数”。这样一来，机器指令的一般格式就为：操作码 操作数。

 

习惯上人们将操作码放在左面，操作数放在右面，其实怎样放都可以，只要能够识别就行。

 

一个计算机的表数位数是固定的，如何设计操作码和操作数的位数，需要统筹安排。一般来说，计算机组成越复杂，指令的格式会相应的复杂一些。

 

因为计算机是物理器件，是以逻辑电路为基础的，因而只能通过二进制数相互传递信息，也就是“计算机只能识别二进制数”。

 

二、机器指令计算机

 

机器指令的微程序是固定的。机器指令的固定微程序又叫“例行程序”。要执行一个机器指令，就必须将例行程序的每条微指令按顺序执行一遍（假如没有重复执行），这需要事先将例行程序保存在某处，并且能够按顺序送到计算机控制字上，这叫机器指令执行。简单的办法是将例行程序放到存储器中，并设法将机器指令和它的例行程序的首地址对应起来，以便能够依据机器指令迅速找到例行程序，并执行例行程序。

 

如下图1所示，依据机器指令查找例行程序，然后将微指令送到各控制线执行。

 

                                                              图 1    基本机器指令计算机

 

与微指令计算机相比，程序员只要将机器指令送到计算机的相关设备中，机器就能够执行它的例行程序，从而避免了程序员逐条输入微指令，这就是计算机指令计算机的最基本特征。

 

随着自动化执行的需求，人们将机器指令程序放到了存储器中，并设法让机器指令逐条取出执行，于是就出现了如图2所示的情况。

 

                                                             图 2    复杂机器指令计算机

 

虽然经过此番演变，程序员仍然要编写机器指令程序，因而没有改变机器指令计算机的性质。为了逐条将机器指令从程序送出，设备增加了程序计数器PC。为了找到指令的例行程序，人们增设了微程序地址译码和微程序计数器。为了加快速度，人们将例行程序选择和执行用逻辑电路来实现，因而出现了所谓的控制矩阵，进而出现了控制器。为了机器程序和数据的输入输出，人们又增设了输入输出设备，但至今为止，程序员实际的程序书写结果仍然是机器指令程序，也就是最终到达计算机程序存储器的仍然是机器指令程序。

 

三、软硬件的接口

 

我主张可以变化和移动的信息就是软件。从计算机使用的角度来看，程序员能够直接使用的信息就应改被定义成软件。不论何种方式的机器指令计算机，程序员最终都是使用机器指令来工作的，而机器指令程序向下的工作都可以使用硬件电路完成，因而软件的起点定在机器指令处比较合适。

 

对于已经成型的机器指令计算机，我们能够改变的东西只有程序和数据，而可以改变程序的最低层并不是微指令，而是机器指令，因而不能够将现在这种成型计算机的微指令程序（例行程序）称为软件，尽管可以用存储器将微程序装填进去，但在计算机运行中，这些例行程序并不变化。

对于微指令计算机来说，程序员使用的微指令是不断变化的，因而那里的微指令程序应该是软件。 

 

如果用可变与不可变来定义软硬件，那么计算机运行中一切不可改变或转移的东西，都可以称为硬件，否则就是软件。

 

2010-3-31