体系结构课件chapter24章节.pptVIP

* 优化编译技术 使用大量寄存器，优化寄存器的分配和使用，提高效率，减少访存次数。 减少局部变量和工作变量的中间传递。 优化调整指令的执行次序，减少机器的空等时间。 * RISC技术的发展 采用RISC结构后可以带来如下明显的好处： 简化指令系统设计，适合超大规模集成电路实现。 提高机器的执行速度和效率。 降低设计成本，提高了系统的可靠性。 可以提供直接支持高级语言的能力，简化编译程序的设计。 * RISC结构也还存在某些不足和问题， 主要是： 由于指令少，使原在CISC上由单一指令完成的某些复杂功能现在需要用多条RISC指令才能完成，这实际上加重了汇编语言程序员的负担，增加了机器语言程序的长度，从而占用了较大的存贮空间，加大了指令的信息流量。 对浮点运算和虚拟存贮器的支持虽有很大加强，但仍不够理想。 相对来说，RISC机器上的编译程序要比CISC机器上的难写。 * 典型的RISC型机器的基本特征 * 代表性的RISC处理机特征 * 代表性的RISC处理机特征（续） * 小结 名词解释 数据表示 RISC CISC 数据表示的含义及与数据结构的关系 定义数据表示，标识符、描述符，两者的区别 引入数据表示的原则 Huffmann编码与扩展编码 RISC的设计原则、基本技术及存在的问题 长度表示语义差距的大小 主要目标是增大解释的比重，减少编译的比重 * 计算机系统结构 * §2-4 指令系统的发展和改进 CISC和RISC 按CISC方向发展和改进指令系统 按RISC方向发展和改进指令系统 * 指令系统复杂的原因 当高级语言（如C语言）取代汇编语言后，就不断增加新的复杂指令来支持高级语言程序的高效实现； 由于访主存的速度显著低于访CPU寄存器的速度，因此在功能相同时，不断用一条功能复杂的新指令来取代原先需一连串指令完成的功能，将程序软件固化和硬化； 系列机软件要求向上兼容和向后兼容，使得指令系统不断扩大和增加； * 1 指令系统的发展 复杂指令系统计算机（Complex Instruction Set Computer）CISC 增强原有指令的功能，设置更为复杂的新指令取代原先由软件子程序完成的功能，实现软件功能的硬化。 IBM 370、VAX-11/780、VAX 8600、Intel i486、MC 68040 精简指令系统计算机（Reduced Instruction Set Computer）RISC 减少指令总数和简化指令的功能，降低硬件设计的复杂性，提高指令的执行速度。 Sun SPARC、Intel i860、MC 88100、IBM 6150 * 2 按CISC方向发展与改进指令系统 (1)面向目标程序的优化实现改进 (2)面向高级语言的优化实现改进 (3)面向操作系统的优化实现改进 * (1)面向目标程序的优化实现来改进 对使用频度高的指令增强其功能 静态使用频度(在程序中统计)---减少存储空间 动态使用频度(在程序运行过程中统计)---减少执行时间 提高传送指令功能 增加成组取、成组传送指令 增加条件转移指令 增强功能复合指令 提高运算型指令功能 * (2)面向高级语言的优化实现来改进 增加对高级语言和编译系统支持的指令功能 对源程序中各种高级语言语句进行使用频度的统计与分析，对于使用频度高的语句，可以设置专门的指令或采取措施增加相应指令的功能，以提高其编译速度和执行速度。 面向编译，优化代码生成 增加指令集结构的规整性来改进指令系统。 规整性：没有或尽可能减少例外的情况和特殊的应用，以及所有运算都能对称、均匀地在存储器单元或寄存器单元之间进行。 * 高级语言计算机指令系统 面向高级语言(HL)的机器 缩小机器语言和高级语言的语义差距。 间接执行高级语言机器 高级语言和机器语言是一一对应的，用汇编的方法(可以用软件实现，也可以用硬件实现)把高级语言源程序翻译成机器语言程序。 直接执行型高级语言机器 高级语言就作为机器语言，直接由硬件或固件对高级语言源程序的语句逐条进行解释以执行它。 让机器具有分别面向各种高级语言的多种指令系统、多种系统结构，并能动态切换 * 各种语言与传统机器指令系统结构的语义差距 * 图 2.23 B—1700 具有多种系统结构 * 各种机器的语义差距 微程序机器级 高级语言程序 面向 高级语言 机 器 传统 机器 间接执行 高级语言 机 器 解释 解释 解释 汇编 编译 编译 直 接 执 行 高 级 语 言 机 器 解释 * (3)面向操作系统的优化实现来改进 缩短操作系统与计算机系统结构之间的语义差距。 统计分析操作系统中常用指令和指令串的使用频度来改进 增设专用于操作系统的新指令 频繁使用的，对速度影响大的机构型软件子程序