[科普中国]-算术逻辑运算指令

算术逻辑运算指令包括算术运算指令、逻辑运算指令和移位指令。算术运算指令是计算机能够执行的基本数值计算，包括加法ADD、减法SUB、乘法MUL、除法DIV等。逻辑运算指令是对数据进行逻辑操作，包括逻辑与AND、逻辑或OR、逻辑非NOT等三种基本操作以及同或、异或等组合逻辑操作。

简介在计算机技术中，“指令”是由指令集架构定义的单个的CPU操作。在更广泛的意义上，“指令”可以是任何可执行程序的元素的表述，例如字节码。一台计算机通常有几十条到几百条指令，按其所完成的功能可分为：算术逻辑运算指令、移位指令、浮点运算指令、十进制运算指令、数据传送指令、转移指令、字符串处理指令、向量运算指令、堆栈指令、输入输出指令、特权指令和控制指令等。算术逻辑运算指令的主要功能是进行各类数据信息处理，计算机一般都具有这类指令。早期的小型计算机和微型计算机的硬件结构比较简单，一般只设置二进制定点加减法、比较和求补码（取负数）等最基本的算术指令。由于芯片集成度的提高，后来的中央处理器都支持用硬件实现的乘除法指令。计算机还具有对两个操作数进行逻辑乘、逻辑加和按位加（异或）操作的逻辑运算。有些计算机还设置位操作指令，如位测试（测试指定位的值）、 位清除（把数中的某一位置 为零）、位求反（取某位的非值）等指令。

算术运算指令算术运算指令主要包括二进制的定点、浮点的加、减、乘、除运算指令；求反、求补、加1、减1、比较指令；十进制加、减运算指令等。不同计算机对算术运算类指令的支持有很大差别。对于低档机而言，由于硬件结构相对简单，一般仅支持二进制定点加、减、比较、求补等最简单、最基本的指令。而在一些高档机中，为了提高机器性能，除了最基本的算术运算指令之外，还设置了乘、除运算指令、浮点运算指令、十进制运算指令，甚至乘方、开方指令和多项式计算指令。在一些大、巨型机中，不仅支持标量运算，还设置了向量运算指令，可以直接对整个向量或矩阵进行求和、求积运算1。

算术运算指令的操作数有多种类型，如定点数、浮点数，定点数又可以分为带符号数和无符号数，浮点数又可以分为单精度和双精度，因此，每一种运算指令也按操作数的类型分为带符号数定点运算、无符号数定点运算、单精度浮点运算、双精度浮点运算等。

浮点运算指令：浮点运算适合对数值范围变化较大的数，用于科学计算或工程计算的计算机往往设置浮点运算指令，处理的数经常为单精度或双精度数。某些计算机没有设置浮点运算指令而用子程序实现浮点运算，因而处理速度慢。

十进制运算指令：在某些数据处理系统中，输入输出数据很多，设置十进制运算指令可减少十进制数与二进制数之间的转换，提高处理速度。在通用大型计算机系统中，这些数由若干位十进制数码组成，每个十进制位用BCD码表示；在某些微处理器中设置的十进制加减法运算指令往往只对1位十进制数进行运算，对于多位的十进制数的运算则用程序实现。

移位操作指令移位操作指令是一组经常使用的指令，属于汇编语言逻辑指令中的一部分。移位指令分算术移位、逻辑移位和循环移位3种。可以对n位操作数左移或右移位。算术移位和逻辑移位的主要差别在于右移时，填入高位的数码不同，算术移位处理的是带符号的操作数所以右移时保持最高位（符号位）不变；逻辑移位处理的是不带符号的操作数， 右移时，最高位填入0。算术左移和逻辑左移的操作是相同的，低位补充0。循环左移将移出的最高位送到最低位；循环右移将移出的最低位送到最高位，使数据本身循环传送。移位还可实现对带符号数或不带符号数乘以或整除以的运算（分别左移位或右移位）。移位指令的执行时间比乘除法运算的执行时间短得多。

逻辑运算指令逻辑运算指令进行二进制数据的按位运算。例如逻辑与指令，当两个操作数的对应位都为“1”时，逻辑与操作结果中该位才为“1”，该指令常用于屏蔽或检测数据字中的某些位；逻辑或指令则是当两个操作数的对应位中有一个为“1”时，操作结果中的该位为“1”，该指令常用于将数据字中的某些位置为“1”；逻辑非就是把数据字中的所有位求反。

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李嘉骞 - 博士 - 同济大学