数据表示寻址方式和指令系统PPT培训课件.pptVIP

第二章 数据表示、寻址方式与指令系统;目录;§1 数据表示;数据表示;数据表示与数据结构;数据类型;数据表示中应表达的内容 ;Pentium数据类型;数据表示的发展;高级数据表示;带标识符的数据表示 ;带标识符的数据表示的优缺点;采用标识符缩短操作码而节省程序空间;数据描述符 ;数据描述符;描述符的工作过程;;数据描述符与带标识符的区别 ;向量数组数据表示 ;向量数据表示： C=A+B;;向量数据;向量数据;稀疏向量的压缩;堆栈数据表示 ;堆栈数据表示（续）;引入数据表示的原则 ;引入数据表示的原则（续）;浮点数尾数基值大小和下溢处理方法的选择 （选讲）;§2 寻址方式 ;寻址方式分析;寻址方式的种类;寻址方式在指令中的指明方式;逻辑地址与主存物理地址 ;;;字;§3 指令系统的设计和优化 ;内容;指令设计的步骤;指令系统的设计原则;指令系统的设计原则;指令系统的设计包含的内容;指令的格式;指令类型;指令格式的优化 ;操作码的优化表示;固定长度编码;操作码优化的评价指标;哈夫曼编码;把所有指令按照操作码在程序中出现的概率，自左向右从排列好。 选取两个概率最小的节点合并成一个概率值是二者之和的新节点，并把这个新节点与其它还没有合并的节点一起形成新节点集合。 在新节点集合中选取两个概率最小的节点进行合并，如此继续进行下去，直至全部节点合并完毕。;最后得到的根节点的概率值为1。 每个结点都有两个分支，分别用一位代码“0” 和“1”表示。 从根结点开始，沿箭头所指方向，到达属于该指令的概率节点，把沿线所经过的代码组合起来得到这条指令的操作码编码。 操作码的平均码长 其中， 表示有N条指令， 表示第i条指令操作码编码的长度， 表示第i条指令的使用频度。;举例 ;举例 ;举例 ;举例 ;举例 ;举例 ;举例 ;举例 ;举例 ;举例 ; 操作码的平均长度＝0.40×1＋0.30×2＋0.15×3＋0.05×5＋0.04×5＋0.03×5＋0.03×5＝2.20（位） 信息源熵 H＝0.40×1.152＋0.30×1.737＋0.15×2.737＋0.05×4.322＋0.04×4.322＋0.03×4.322＋0.03×4.322＝2.17（位） 信息冗余量 Huffman操作码的主要缺点： 操作码长度不规整，硬件译码困难 与地址码共同组成固定长的指令比较???难;扩展编码 ;;15/15/15与8/64/512编码 ;指令字格式的优化 ;;;;;;;;;;;§4 指令系统的发展和改进 ;指令系统的发展;按CISC方向发展与改进指令系统;指令系统复杂的原因;面向目标程序的优化实现来改进;面向高级语言的优化实现来改进;各种语言与传统机器指令系统结构的语义差距;各种机器的语义差距;面向操作系统的优化实现来改进;按RISC方向发展与改进指令系统 ;从CISC到RISC;从CISC到RISC（续）;减少CPI是RISC思想的精华;硬件方面：采用硬布线控制逻辑，减少指令和寻址方式的种类，使用固定的指令格式，采用LOAD/STORE结构，指令执行过程中设置多级流水线等。 软件方面：十分强调优化编译技术的作用 RISC设计思想也可以用于CISC中;例如：Intel公司的80x86处理机的CPI在不断缩小 8088的CPI大于20 80286的CPI大约是5.5 80386的CPI进一步减小到4左右 80486的CPI已经接近2 Pentium处理机的CPI已经与RISC十分接近 目前，超标量、超流水线处理机的CPI已经达到 0.5，实际上用IPC (Instruction Per Cycle)更确切。;RISC的定义;RISC的设计原则 ;CISC与RISC的主要特征对比 ;主要RISC产品 ;RISC结构采用的基本技术 ;重叠寄存器窗口技术;;延迟转移技术（Delayed Branch）; 无条件转移指令的延迟执行;延迟转移技术;延迟转移技术;采用指令延时技术，经常找不到可以用来调整的指令，可考虑采用另一种方法：指令取消技术，分为两种情况： 向后转移（适用于循环程序） 实现方法：循环体的第一条指令安放在两个位置，分别在循环体的前面和后面。如果转移成功，则执行循环体后面的指令，然后返回到循环体开始；否则取消循环体后面的指令;效果： 能够使指令流水线在绝大多数情况下不断流。 对于循环程序，由于绝大多数情况下，转移是成功的。 只有最后一次出循环时，转移不成功。; 向前转移(IF THEN ) 实现方法：如果转移不成功，执行转移指令之后的下条指令，否则取消下条指令。 例： R R R