计算机系统结构第2章.ppt

2.什么是VLIW指令系统 一种显式指令级并行指令系统 在一条指令中包含有多个相同或不同的操作字段（每个操作字段功能相当于一般处理机中一条指令） 二维程序结构 指令级并行度高 VLIW主要特点 1.采用显式并行指令计算EPIC方式 处理机上运行的程序是一个二维指令矩阵，每一行上所有操作构成一条超长指令，它们之间无数据、控制相关及部件冲突，可同时执行 超标量、超流水线机器通常采用隐式并行指令方式，程序是一维线性的指令序列，每条指令只包含一个操作。 2.指令级并行度高 3.硬件结构规整、简单 4.编译器实现难度大 VLIW处理机 安腾（Intanium）处理机 Intel和HP公司联合研制 在Intel公司称IA-64处理机 本章重点： 1、数据表示及结构 2、浮点数的性质和设计方法 3、指令格式的优化设计（操作码扩展编码等） 4、RISC的关键技术 练习题 某模型机共有七条指令，各指令的使用频度分别为 35％，25％，20％，10％，5％，3％，2％。该模型机有8位和16位两种指令字长，8位长指令为寄存器－寄存器（R-R）型指令3条，16位字长指令为寄存器－存储器（R-S）型变址寻址指令4条（－128≤变址范围≤127）。 (1)设计该机的两种指令格式，标出各字段位数并给出操作码编码。 (2)该机允许使用多少个可编址的通用寄存器？多少个变址寄存器？ (3)计算操作码的平均码长。 某机器有10条指令，使用频度分别为：0.01，0.15，0.12，0.07，0.08，0.13，0.15，0.03，0.17，0.09 (1)计算用等长操作码编码的码长； (2)构造Huffman树；写出Huffman编码，并计算其平均码长； (3)若要求只有二种码长，求平均码长最短的扩展操作码编码及其平均码长。 解：（1）七条指令的2-4扩展操作码编码如下表所示。 指令 指令使用频度 2-4扩展操作码编码 I1 0.35 00 I2 0.25 01 I3 0.20 10 I4 0.10 1100 I5 0.05 1101 I6 0.03 1110 I7 0.02 1111 为加快高频度指令的执行速度并减少程序存储开销，设计有2位操作码长度的三条指令，采用短指令格式且操作在通用寄存器之间进行，而其他的指令则采用长指令格式，操作在寄存器和存储器之间进行。 由于R-R型指令长度为8位，操作码占2位，因此源、目的寄存器编码部分各占3位，其格式如下： 2位 3位 3位 R－R型： 操作码OP 源寄存器Rs 目的寄存器Rd 由变址寻址的位移量范围（－128～＋127）可知，R-S型指令格式中偏移地址占8位，由于操作码占 4位，源寄存器编码占 3位，R-S型指令长度为 16位，因此变址寄存器的编码只占1位，R-S型指令格式如下： 4位 3位 1位 8位 R－S型： 操作码OP 源寄存器Rs 变址寄存器Rx 偏移地址 （2）由（1）中设计的指令格式中通用寄存器编码占3位，变址寄存器编码占1位可知：该机允许使用8个可编址的通用寄存器和2个变址寄存器。 （3）根据前述编码表计算操作码的平均码长为 2.4.1 基本指令系统 通用计算机系统的5类基本指令 数据传送类指令 运算类指令 程序控制指令 输入输出指令 处理机控制和调试指令 1、数据传送类指令 例如，考虑数据存储设备的种类： 　寄存器?寄存器　 寄存器?主存储器 　寄存器?堆栈 　　　 主存储器?寄存器 　主存储器?主存储器　 主存储器?堆栈 　堆栈?寄存器　　 　　堆栈?主存储器 2、运算类指令 考虑四个因素的组合： 1) 操作种类：加、减、乘、除、与、或、非、异或、比较、移位、检索、转换、匹配、清除、置位等 2) 数据表示：定点、浮点、逻辑、十进制、字符串、定点向量等 3) 数据长度：字、双字、半字、字节、位、数据块等 4) 数据存储设备：通用寄存器、主存储器、堆栈等 3、程序控制指令 主要包括三类：转移指令、调用和返回指令、循环指令 转移条件主要有：零(Z)、正负(N)、进位?、溢出(V)及它们的组合 主要条件转移指令有： BEQ 等于零转移 BNEQ 不等于零转移 BLS 小于