單一指令計算機（英語：one instruction set computer，OISC）也稱最簡指令集計算機（ultimate reduced instruction set computer，URISC），它是一種抽象計算機，該計算機只有一條指令。巧妙地選取這一條指令，並且給予無限的資源，單一指令計算機就能成為和其他多指令計算機一樣的圖靈機。在教學上，這種計算機被推薦來幫助理解計算機架構，同時，也能用它來研究計算機的結構模型。
基本介紹
- 中文名：單一指令計算機
- 外文名：one instruction set computer
- 縮寫：OISC
- 又稱：最簡指令計算機
機器架構,指令類型,如果不等於零減去並且分支,如果小於或等於零減去並且分支,合成指令,如果否定則減去並分支,如果借用則反向減去並跳過,例子,
機器架構
在圖靈完備模型中，每個存儲位置可以存儲任意整數，並且根據模型可能存在任意多個位置。 指令本身作為這樣的整數序列駐留在存儲器中。
存在一類具有基於位操作的單指令的通用計算機，例如位複製或位反轉。 由於它們的記憶體模型是有限的，就像在真實計算機中使用的記憶體結構一樣，這些位操作機器相當於真實計算機而不是圖靈機。
當前已知的OISC大致可分為三大類：
- 位操縱機
- Transport Triggered Architecture機器
- 基於算術的圖靈完備機器
位操縱機：位操作機器是最簡單的一類。
BitBitJump：一個名為BitBitJump的位複製機在記憶體中複製一位，並無條件地將執行傳遞給指令的一個運算元指定的地址。 該過程證明能夠進行通用計算（即能夠執行任何算法並解釋任何其他通用機器），因為複製位可以有條件地修改隨後將執行的代碼。
Toga電腦：另一台稱為Toga計算機的機器反轉一點並根據反轉結果有條件地執行執行。
多位複印機：另一位操作機器，類似於BitBitJump，同時複製幾個位。在這種情況下，通過在記憶體中保留預定義的跳轉表來解決計算普遍性的問題。
傳輸觸發架構：傳輸觸發架構（TTA）是一種設計，其中計算是數據傳輸的副作用。通常，公共地址空間內的一些存儲器暫存器（觸發連線埠）在指令引用時執行指定的操作。例如，在使用單個記憶體到記憶體複製指令的OISC中，這是通過觸發在寫入時執行算術和指令指針跳轉的連線埠來完成的。
基於算術的圖靈完備機：基於算術的圖靈完備機器使用算術運算和條件跳轉。與之前的兩台通用計算機一樣，這個類也是圖靈完備的。該指令對整數運算，整數也可以是存儲器中的地址。
基於不同的算術運算，該類有幾種已知的OISC：
- 加法（addleq，如果小於或等於零則增加和分支）
- 減少（DJN，如果非零則減量和分支（跳躍））
- 增加（P1eq，如果等於另一個值則加1和分支）
- 減法（subleq，如果小於或等於則減法和分支）
指令類型
單指令的常見選擇是：
- 如果小於或等於零，則減去和分支
- 如果否定則減去並分支
- 如果借用，則反向減去並跳過
- 移動（用作傳輸觸發架構的一部分）
- 如果非零則減去和分支（SBNZ a，b，c，定義）
- Cryptoleq（異構加密和未加密計算）
在給定的實現中僅使用這些指令中的一個。因此，不需要操作碼來識別要執行的指令;指令的選擇是機器設計中固有的，OISC通常以其使用的指令命名。上述每條指令均可用於構建圖靈完備OISC。
本文僅介紹非傳輸觸發的基於減法的指令。然而，可以使用基於其他算術運算的指令（例如，加法）來構造圖靈完備機器。例如，一種稱為DLN（遞減和跳轉，如果不為零）的變化只有兩個運算元，並使用遞減作為基本操作。
如果不等於零減去並且分支
SBNZ a，b，c，d指令（“減去和分支，如果不等於零”）從地址b的內容中減去地址a的內容，將結果存儲在地址c，然後，如果結果不是 0，將控制轉移到地址d（如果結果等於零，則按順序執行下一條指令）。
如果小於或等於零減去並且分支
subleq指令（“SUbtract和分支，如果小於或EQual為零”）從地址b的內容中減去地址a的內容，將結果存儲在地址b，然後，如果結果不是肯定的，則將控制轉移到 地址c（如果結果為正，則按順序執行下一條指令）。
subleq a, b, c ; Mem[b] = Mem[b] - Mem[a] ; if (Mem[b] ≤ 0) goto c
通過將第三個運算元設定為依次等於下一個指令的地址，可以抑制條件分支。 如果未寫入第三個運算元，則表示存在此抑制。
使用兩個運算元和一個內部累加器也可以有一種變體，其中累加器從第一個運算元指定的存儲單元中減去。 結果存儲在累加器和記憶體位置，第二個運算元指定分支地址：
subleq2 a, b ; Mem[a] = Mem[a] - ACCUM ; ACCUM = Mem[a] ; if (Mem[a] ≤ 0) goto b
儘管每個指令僅使用兩個（而不是三個）運算元，但是相應地需要更多指令來實現各種邏輯操作。
合成指令
只使用subleq指令就可以合成多種類型的高階指令。
無條件分支：
JMP c
subleq Z, Z, c
可以通過重複減法進行加法，沒有條件分支; 例如，以下指令導致位置a處的內容被添加到位置b處的內容：
ADD a, b
subleq a, Z subleq Z, b subleq Z, Z
第一條指令從位置Z（即0）處的內容中減去位置a處的內容，並將結果（在a處的內容的負數）存儲在位置Z中。第二條指令從b中減去該結果，存儲在 b這個差異（是原來在a和b的內容之和）; 第三條指令將值0恢復為Z.
複製指令可以類似地實現; 例如，以下指令導致位置b處的內容被位置a處的內容替換，再次假設位置Z處的內容被維持為0：
MOV a，b
subleq b, b subleq a, Z subleq Z, b subleq Z, Z
可以構建任何所需的算術測試。 例如，一個”分支 - 如果 - 零“服從以下指令彙編條件：
BEQ b,c
subleq b, Z, L1 subleq Z, Z, OUT L1: subleq Z, Z subleq Z, b, c OUT: ...
Subleq2也可用於合成高階指令，儘管它通常需要針對給定任務執行更多操作。例如，轉換給定位元組中的所有位需要不少於10個subleq2指令：
NOT a
subleq2 tmp ; tmp = 0 (tmp = temporary register) subleq2 tmp subleq2 minus_one ; acc = -1 subleq2 a ; a' = a + 1 subleq2 Z ; Z = - a - 1 subleq2 tmp ; tmp = a + 1 subleq2 a ; a' = 0 subleq2 tmp ; load tmp into acc subleq2 a ; a' = - a - 1 ( = ~a ) subleq2 Z ; set Z back to 0
仿真
以下程式（以偽代碼編寫）模擬基於subleq的OISC的執行：
int memory[], program_counter, a, b, c program_counter = 0 while (program_counter >= 0): a = memory[program_counter] b = memory[program_counter+1] c = memory[program_counter+2] if (a < 0 or b < 0): program_counter = -1 else: memory[b] = memory[b] - memory[a] if (memory[b] > 0): program_counter += 3 else: program_counter = c
該程式假定memory[]由非負整數索引。 因此，對於subleq指令（a，b，c），程式將小於0，b小於0或執行的分支解釋為c小於0作為暫停條件。 可以在下面的外部連結中找到以基於subleq的語言編寫的類似解釋器（即，自解釋器，其可以使用subleq指令的性質所允許的自修改代碼）。
編譯
Oleg Mazonka編寫了一個名為Higher Subleq的編譯器，它將簡化的C程式編譯成subleq代碼。
如果否定則減去並分支
subneg指令（“SUbtract and Branch if NEGative”），也稱為SBN.
subneg a, b, c ; Mem[b] = Mem[b] - Mem[a] ; if (Mem[b] < 0) goto c
通過將第三個運算元設定為依次等於下一個指令的地址，可以抑制條件分支。 如果未寫入第三個運算元，則表示存在此抑制。
合成指令
僅使用subneg指令可以合成許多類型的高階指令。 為簡單起見，此處僅顯示一條合成指令，以說明subleq和subneg之間的區別。
JMP c
subneg POS, Z, c ... c: subneg Z, Z
其中Z和POS分別是先前設定為包含0和正整數的位置;
只有當Z最初包含0（或小於存儲在POS中的整數的值）時，才能確保無條件分支。 假設Z的內容必須保持為0，則需要後續指令在分支後清除Z.
一個變體也可能有四個運算元-subneg4。 minuend和subtrahend的逆轉簡化了硬體的實現。 非破壞性結果簡化了合成指令。
subneg4 s, m, r, j ; subtrahend, minuend, result and jump addresses ; Mem[r] = Mem[m] - Mem[s] ; if (Mem[r] < 0) goto j
如果借用則反向減去並跳過
在Reverse Subtract和Skip if Borrow（RSSB）指令中，累加器從存儲器位置中減去，如果存在借位（存儲器位置小於累加器），則跳過下一條指令。 結果存儲在累加器和存儲器位置。 程式計數器映射到記憶體位置0.累加器映射到記憶體位置1.
例子
要將x設定為y減去z的值：
# First, move z to the destination location x. RSSB temp # Three instructions required to clear acc, temp [See Note 1] RSSB temp RSSB temp RSSB x # Two instructions clear acc, x, since acc is already clear RSSB x RSSB y # Load y into acc: no borrow RSSB temp # Store -y into acc, temp: always borrow and skip RSSB temp # Skipped RSSB x # Store y into x, acc # Second, perform the operation. RSSB temp # Three instructions required to clear acc, temp RSSB temp RSSB temp RSSB z # Load z RSSB x # x = y - z [See Note 2]
[注1]如果存儲在“temp”的值最初為負值，並且在此例程中第一個“RSSB temp”之前執行的指令借用，那么例程工作將需要四個“RSSB temp”指令。
[注2]如果存儲在“z”的值最初是負值，則將跳過最終的“RSSB x”，因此例程將不起作用。
