体系结构课件chapter23章节.pptVIP

* 15/15/15与8/64/512编码 * 扩展编码必须遵守短码不能是长码的前缀; 扩展编码不唯一,平均码长也不唯一,目的是找出平均码长尽可能短,而码长种类不要过多的折中方案. * 3 指令字格式的优化 为了不降低访存取指令的速度，按整数边界存储。 操作数地址的位数 从寻址范围看：越大越好 用各种方法，压缩操作码的位数 通过采用多种不同的寻址方式、地址制、地址形式和地址码长度以及多种指令字长，将它们与可变长操作码的优化表示相结合，可构成冗余度尽可能少的指令字。 * 等长地址码发挥不出操作码优化表示的作用 limax 地址码 地址码 地址码 空白浪费 空白浪费 limin li * 在定长指令字内实现多种地址制 地址码 地址码 地址码 地址码 地址码 地址码 操作码 操作码 操作码 * 指令字格式的优化 基础：初步设计的指令集。 目标：减少指令长度，提高指令性能。 优化原则： 采用高概率优先思想，对高频率指令，缩短指令长度，提高效率，对低频率指令，主要满足功能要求； 地址码长度富裕时，采用不同的寻址方式或不同的地址制，增加功能； 地址码长度紧张时，采用特定的寻址方式或增加指令字长，满足功能。 寻址方式中必须支持使用频率较高的寻址方式，相关参数必须满足90%以上的使用频率。 规整性：对相似的操作做相同的规定。 对称性： 独立性和全能性：实现同一种功能有多种选择，限定操作只能有一种选择方式。 正交性：指令各个不同含义的字段，如操作类型、寻址方式等，在编码时应互不相关，相互独立。 可组合性：所有操作对各种寻址方式和数据类型都能适用。 可扩充性：保留一定数量的冗余操作码，以便以后扩充新指令。 扩展编码是界于定长二进制编码和全哈夫曼编码之间的一种编码方式，操作码长度不是定长的，但只有有限几种码长。仍利用高概率的用短码、低概率的用长码表示的哈夫曼思想。 L操作码的长度有多种 计算机系统结构 * §2-3 指令系统的设计和优化 1 指令系统设计的基本原则 2 指令操作码的优化 3 指令字格式的优化 * 1 指令系统设计的基本原则 指令系统是从程序设计者看到的机器的主要属性，是软、硬件的主要界面 是计算机系统结构的主要组成部分 是软件与硬件分界面的一个主要标志 是软件与硬件之间互相沟通的桥梁 与软件之间的语义差距越来越大 指令系统的设计主要包括指令的功能（操作类型、寻址方式和具体操作内容）和指令格式的设计. * 指令设计的步骤 根据应用，初拟出指令的分类和具体的指令； 试编出用该指令系统设计的各种高级语言的编译程序； 对各种算法编写大量测试程序进行模拟测试，看指令系统的操作码和寻址方式效能是否都比较高； 将程序中高频出现的指令串复合改成一条强攻能新指令，即改用硬件方式实现；而将频度很低的指令的操作改成基本的指令组成的指令串来完成，即用软件方式实现； * 指令类型 分两类 非特权型 主要供应用程序员使用，也可供系统程序员使用 包括算术逻辑运算、数据传送、浮点运算、字符串、十进制运算、控制转移及系统控制等 特权型 系统程序员使用，用户无权使用 用户先经访管指令(非特权型)调用操作系统，再由操作系统来使用特权指令 有启动I/O（多用户环境下）、停机等待、存储管理保护、控制系统状态、诊断等 * 指令系统的设计 同时兼顾编译程序设计者和系统结构设计者的要求 设计的原则：如何支持编译系统能高效、简易地将源程序翻译成目标代码。 编译程序设计者要求： 规整性 对称性 独立性和全能性 正交性 可组合性 可扩充性 * 指令系统的设计 系统结构设计者要求： 指令码密度适中 高密度指令：强功能复合指令 如果高密度指令过多： 优点：减少程序长度、访存次数、Cache、虚存访问调度次数、程序运行时间； 缺点：指令系统复杂，硬件实现困难； 兼容性 系列机软件前后兼容，只能增加指令，不能删除和更改指令 适应性 不能只考虑当前工艺的实现，还应能适应今后变化了的工艺技术 * 指令系统的设计包含的内容 指令的格式 指令的类型 操作功能 操作数的访问方式---寻址方式 * 指令的组成 一般的指令主要由两部分组成：操作码和地址码 操作码主要包括两部分内容： 操作种类：加、减、乘、除、数据传送、移位、转移、输入输出 操作数描述 数据的类型：定点数、浮点数、复数、字符、字符串、逻辑数、向量 进位制：2进制、10进制、16进制 数据字长：字、半字、双字、字节 地址码通常包括三部分内容： 地址：直接地址、间接地址、立即数、寄存器编号、变址寄存器编号 地址的附加信息：偏移量、块长度、跳距 寻址方式：直接寻址、间接寻址、立即数寻址、变址寻址、相对寻址、寄存器寻址 * 指令设计要考虑的问题 操作数的存储形式 存储器 CPU内什么地方 每条指令中显式说明的操作数个数 操作数的位置