基本介紹
- 中文名：機器語言
- 外文名：machine language
- 特點：計算機直接識別的二進制代碼
- 優點：直接執行，速度快，資源占用少
- 缺點：可讀性、可移植性差，編程繁雜
- 類別：計算機學術語
相關簡介,指令格式,機器語言的套用,主要缺點,
相關簡介
機器語言是用二進制代碼表示的計算機能直接識別和執行的一種機器指令的集合。它是計算機的設計者通過計算機的硬體結構賦予計算機的操作功能。機器語言具有靈活、直接執行和速度快等特點。不同型號的計算機其機器語言是不相通的，按著一種計算機的機器指令編制的程式，不能在另一種計算機上執行。
指令系統
指令系統一條指令就是機器語言的一個語句，它是一組有意義的二進制代碼，指令的基本格式如，操作碼欄位和地址碼欄位，其中操作碼指明了指令的操作性質及功能，地址碼則給出了運算元或運算元的地址。
用機器語言編寫程式，編程人員要首先熟記所用計算機的全部指令代碼和代碼的涵義。手編程式時，程式設計師得自己處理每條指令和每一數據的存儲分配和輸入輸出，還得記住編程過程中每步所使用的工作單元處在何種狀態。這是一件十分繁瑣的工作。編寫程式花費的時間往往是實際運行時間的幾十倍或幾百倍。而且，編出的程式全是些0和1的指令代碼，直觀性差，還容易出錯。除了計算機生產廠家的專業人員外，絕大多數的程式設計師已經不再去學習機器語言了。
- 機器語言是微處理器理解和使用的，用於控制它的操作二進制代碼。
- 儘管機器語言好像是很複雜的，然而它是有規律的。
- 存在著多至100000種機器語言的指令。這意味著不能把這些種類全部列出來。
以下是一些示例：
- 指令部份的示例
- 0000 代表 載入（LOAD）
- 0001 代表 存儲（STORE）
...
- 暫存器部份的示例
- 0000 代表暫存器 A
- 0001 代表暫存器 B
...
- 存儲器部份的示例
- 000000000000 代表地址為 0 的存儲器
- 000000000001 代表地址為 1 的存儲器
- 000000010000 代表地址為 16 的存儲器
- 100000000000 代表地址為 2^11 的存儲器
- 集成示例
- 0000,0000,000000010000 代表 LOAD A, 16
- 0000,0001,000000000001 代表 LOAD B, 1
- 0001,0001,000000010000 代表 STORE B, 16
- 0001,0001,000000000001 代表 STORE B, 1
指令格式
計算機是通過執行指令來處理各種數據的。為了指出數據的來源、操作結果的去向及所執行的操作，一條指令必須包含下列信息：
（1）操作碼。它具體說明了操作的性質及功能。一台計算機可能有幾十條至幾百條指令，每一條指令都有一個相應的操作碼，計算機通過識別該操作碼來完成不同的操作。
（2）運算元的地址。CPU通過該地址就可以取得所需的運算元。
（3）操作結果的存儲地址。把對運算元的處理所產生的結果保存在該地址中，以便再次使用。
（4）下條指令的地址。執行程式時，大多數指令按順序依次從主存中取出執行，只有在遇到轉移指令時，程式的執行順序才會改變。為了壓縮指令的長度，可以用一個程式計數器（ProgramCounter，PC）存放指令地址。每執行一條指令，PC的指令地址就自動+1（設該指令只占一個主存單元），指出將要執行的下一條指令的地址。當遇到執行轉移指令時，則用轉移地址修改PC的內容。由於使用了PC，指令中就不必明顯地給出下一條將要執行指令的地址。
一條指令實際上包括兩種信息即操作碼和地址碼。操作碼（OperationCode，OP）用來表示該指令所要完成的操作（如加、減、乘、除、數據傳送等），其長度取決於指令系統中的指令條數。地址碼用來描述該指令的操作對象，它或者直接給出運算元，或者指出運算元的存儲器地址或暫存器地址（即暫存器名）。
指令系統
指令系統指令包括操作碼域和地址域兩部分。根據地址域所涉及的地址數量，常見的指令格式有以下幾種。
①三地址指令：一般地址域中A1、A2分別確定第一、第二運算元地址,A3確定結果地址。下一條指令的地址通常由程式計數器按順序給出。
②二地址指令：地址域中A1確定第一運算元地址，A2同時確定第二運算元地址和結果地址。
③單地址指令：地址域中A 確定第一運算元地址。固定使用某個暫存器存放第二運算元和操作結果。因而在指令中隱含了它們的地址。
④零地址指令：在堆疊型計算機中，運算元一般存放在下推堆疊頂的兩個單元中,結果又放入棧頂,地址均被隱含，因而大多數指令只有操作碼而沒有地址域。
⑤可變地址數指令：地址域所涉及的地址的數量隨操作定義而改變。如有的計算機的指令中的地址數可少至 0個，多至6個。
機器語言的套用
一條指令就是機器語言的一個語句，它是一組有意義的二進制代碼。各計算機公司設計生產的計算機，其指令的數量與功能、指令格式、定址方式、數據格式是差別的。從計算機的發展過程可以看到，由於構成計算機的基本硬體發展迅速，計算機的更新換代很快，這就存在軟體如何跟上硬體的問題。一台新機器推出交付使用時，只有少量系統軟體（如作業系統等）可提交用戶，大量軟體是不斷充實的，尤其是應用程式，有相當一部分是用戶在使用機器時不斷產生的。為了緩解新機器的推出致使原有應用程式不能繼續使用的問題，各個計算機公司生產的同一系列的計算機時，儘管其硬體實現方法可以不同，但指令系統、數據格式、I/O系統等保持相同，因而軟體完全兼容。當研製該系列計算機的新型號時，儘管指令系統可以有較大的擴充，但仍保留了原來的全部指令，使軟體向上兼容，即舊機型上的軟體不加修改即可在新機器上運行。
說到這裡大家明白為什麼電腦即計算機，計算機即電腦了吧，原來無論它表現得多么地智慧型，其實質也不過是這些二進制代碼運算的結果。但是二進制代碼使用起來太費勁了，於是後來就在其基礎上發展出的彙編語言，但是彙編依然看起來不直觀，於是最終就出現了現代編程所採用的高級語言。這是計算機程式語言的發展。有了程式語言，按說就可以使這些機器為我所用了。實際還沒那么簡單。首先每做一件事，都要重複編一大堆的操作程式，工作量很大。其次，現在咱們都看到了，使用計算機的人，大多數，都不是計算機專業的，甭說編程了，操作步驟複雜一點都要抵制。所以，還需要一個作業系統，將複雜的操作留給自己，把簡單的操作，呈現給用戶。
主要缺點
總況
1.大量繁雜瑣碎的細節牽制著程式設計師，使他們不可能有更多的時間和精力去從事創造性的勞動，執行對他們來說更為重要的任務。如確保程式的正確性、高效性。
指令系統
指令系統2.程式設計師既要駕馭程式設計的全局又要深入每一個局部直到實現的細節，即使智力超群的程式設計師也常常會顧此失彼，屢出差錯，因而所編出的程式可靠性差，且開發周期長。
3.由於用機器語言進行程式設計的思維和表達方式與人們的習慣大相逕庭，只有經過較長時間職業訓練的程式設計師才能勝任，使得程式設計曲高和寡。
4.因為它的書面形式全是"密"碼，所以可讀性差，不便於交流與合作。
5.因為它嚴重地依賴於具體的計算機，所以可移植性差，重用性差。
這些弊端造成當時的計算機套用未能迅速得到推廣。
弱通用性
各計算機公司設計生產的計算機，其指令的數量與功能、指令格式、定址方式、數據格式都有差別，即使是一些常用的基本指令，如算術邏輯運算指令、轉移指令等也是各不相同的。因此，儘管各種型號計算機的高級語言基本相同，但將高級語言程式編譯成機器語言後，其差別也是很大的。因此將用機器語言表示的程式移植到其他機器上去幾乎是不可能的。從計算機的發展過程已經看到，由於構成計算機的基本硬體發展迅速，計算機的更新換代是很快的，這就存在軟體如何跟上的問題。大家知道，一台新機器推出交付使用時，僅有少量系統軟體（如作業系統等）可提交用戶，大量軟體是不斷充實的，尤其是應用程式，有相當一部分是用戶在使用機器時不斷產生的，這就是所謂第三方提供的軟體。
為了緩解新機器的推出與原有應用程式的繼續使用之間的矛盾，1964年在設計IBM360計算機時所採用的系列機思想較好地解決了這一問題。從此以後，每個計算機公司生產的同一系列的計算機儘管其硬體實現方法可以不同，但指令系統、數據格式、I/O系統等保持相同，因而軟體完全兼容（在此基礎上，產生了兼容機）。當研製該系列計算機的新型號或高檔產品時，儘管指令系統可以有較大的擴充，但仍保留了原來的全部指令，保持軟體向上兼容的特點，即低檔機或舊機型上的軟體不加修改即可在比它高檔的新機器上運行，以保護用戶在軟體上的投資。
