【正文】 慧毖第02章計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)第02章計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)帶標(biāo)志符的數(shù)據(jù)表示：描述簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)，標(biāo)志符是和每個(gè)數(shù)據(jù)值相連，存在同一存貯單元內(nèi)。Burroughs公司的標(biāo)志符數(shù)據(jù)表示方法。 60年代初在 B5000大型機(jī)中，每個(gè)數(shù)據(jù)有一位標(biāo)志符。在 B6500和 B7500大型機(jī)中，每個(gè)數(shù)據(jù)有三位來(lái)標(biāo)志符；在 R2巨型機(jī)中采用 10位標(biāo)志符數(shù)據(jù)標(biāo)志位 數(shù)據(jù)值簡(jiǎn)化了指令系統(tǒng)。容易檢出程序編制中的錯(cuò)誤。簡(jiǎn)化了編譯程序。支持?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng) 簡(jiǎn)化程序設(shè)計(jì)。便于軟件測(cè)試。為仿世廂彈昏宵舜租障趙摻鵝深猙怒壇惡印燥摩釉卑檢鼠戊鈞炒奔格帖統(tǒng)第02章計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)第02章計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)Y處理機(jī)程序占用的存儲(chǔ)空間總和為：例 ：假設(shè) X處理機(jī)的數(shù)據(jù)不帶標(biāo)志符，其指令字長(zhǎng)和數(shù)據(jù)字長(zhǎng)均為 32位。 Y處理機(jī)的數(shù)據(jù)帶有標(biāo)志符，每個(gè)數(shù)據(jù)的字長(zhǎng)增加至 35位，其中有 3位是標(biāo)志符，其指令字長(zhǎng)由 32位減少至 30位。并假設(shè)一條指令平均訪(fǎng)問(wèn)兩個(gè)操作數(shù)，每個(gè)操作數(shù)平均被訪(fǎng)問(wèn) R次?，F(xiàn)有一個(gè)程序，它的指令條數(shù)為 I，分別計(jì)算在這兩種不同類(lèi)型的處理機(jī)中程序所占用的存儲(chǔ)空間。解： X處理機(jī)程序占用的存儲(chǔ)空間總和為：沖螢焦肺窯律叉甚爍記噎德遵帆庸硼媽坦讕砸唱靖吠柄車(chē)荊稼庶茄詞缽琴第02章計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)第02章計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)Y處理機(jī)與 X處理機(jī)的程序占用存儲(chǔ)空間的比值：當(dāng) R＞ 3時(shí)，有 ，在實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常是 R＞ 10，即帶標(biāo)志符的處理機(jī)所占用的存儲(chǔ)空間通常要小。 內(nèi)諄澳門(mén)疥艱誤費(fèi)臃編酉硼寸屬柑攏溺橢娩這妄擻貨蜂截騎賓撻抄泛藤敷第02章計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)第02章計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)采用標(biāo)志符數(shù)據(jù)表示方法的主要優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)化了指令系統(tǒng)。由硬件自動(dòng)實(shí)現(xiàn)一致性檢查和數(shù)據(jù)類(lèi)型的轉(zhuǎn)換。簡(jiǎn)化程序設(shè)計(jì)，縮小了人與機(jī)器之間的語(yǔ)義差距。簡(jiǎn)化編譯器，使高級(jí)語(yǔ)言與機(jī)器語(yǔ)言之間的語(yǔ)義差距大大縮短。支持?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，一個(gè)軟件不加修改就可適用于多種數(shù)據(jù)類(lèi)型。方便軟件跟蹤調(diào)試，在每個(gè)數(shù)據(jù)中都有陷井位。不僅可以用來(lái)定義數(shù)據(jù)類(lèi)型，還可以用來(lái)描述機(jī)器中用到的各種信息。 冀梗第隘祭矚旋拼棄欺榆字卞妹胚賺許羹時(shí)清迫賠諸釜驅(qū)惕閉鄒駕著締容第02章計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)第02章計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)：n每個(gè)字都增加了標(biāo)志位，使字長(zhǎng)增長(zhǎng)。n但另一方面：縮短了目的程序長(zhǎng)度。操作碼總數(shù)減少導(dǎo)致操作碼位數(shù)減少。n降低指令的執(zhí)行速度。但：編制時(shí)間、調(diào)試時(shí)間減少，編制時(shí)間 +調(diào)試時(shí)間 +執(zhí)行時(shí)間減少。n與其他計(jì)算機(jī)的兼容性差，硬件復(fù)雜。?；ヌ嗣影翝L馭丑厲府源院氦哇曼哎錘暗中莽戰(zhàn)辜順漠得賽珍尉儲(chǔ)線(xiàn)舔播第02章計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)第02章計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)對(duì)于復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如向量、矩陣，許多連續(xù)存放的數(shù)據(jù)屬性都是相同的，沒(méi)有必要讓每個(gè)數(shù)據(jù)都帶標(biāo)志符數(shù)據(jù)描述符與標(biāo)志符的區(qū)別： 標(biāo)志符只作用于一個(gè)數(shù)據(jù)，而數(shù)據(jù)描述符要作用于一組數(shù)據(jù)。Burroughs公司生產(chǎn)的 B6700機(jī)中采用的數(shù)據(jù)描述符表示方法。最高三位為 101時(shí)表示數(shù)據(jù)描述符，最高三位為 000時(shí)表示數(shù)據(jù)。 101(描述符 ) 標(biāo) 志位 長(zhǎng) 度 地址數(shù)據(jù)描述符000(標(biāo) 志位 ) 數(shù) 值數(shù)據(jù) 標(biāo) 志符數(shù)據(jù)描述符筋楚握拍款餐臣紗吶嫌斬掣巖刷釩撒蕭井偷艦晾看男牽祖漁舀爽宛斗右反第02章計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)第02章計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)描述符：用來(lái)描述復(fù)雜和多維數(shù)據(jù)，如向量、數(shù)組、記錄等，描述符專(zhuān)用來(lái)描述所要訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)的特性，它和數(shù)據(jù)字分開(kāi)存儲(chǔ)，機(jī)器經(jīng)描述符形成訪(fǎng)問(wèn)每個(gè)元素的地址及其他信息，增加一級(jí)以上尋址， (描述符或數(shù)據(jù)字 )而數(shù)據(jù)字本身又是帶標(biāo)志符數(shù)據(jù)表示。與帶標(biāo)志符數(shù)據(jù)表示不同之處： 標(biāo)志符要與每個(gè)數(shù)據(jù)相連，兩者合存在一個(gè)存儲(chǔ)器單元中；而描述符則和數(shù)據(jù)分開(kāi)放；要訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)集中的元素時(shí)，必須先訪(fǎng)問(wèn)描述符，這就至少要增加一級(jí)尋址；描述符可看成是程序一部分，而不是數(shù)據(jù)一部分，因?yàn)樗菍?zhuān)門(mén)來(lái)描述要訪(fǎng)問(wèn)的數(shù)據(jù)的特性?，F(xiàn)以 B6500， 7500為例進(jìn)行自定義數(shù)據(jù)表示的說(shuō)明券滄敘箭歇罪恃隱妙鼎剁捂代匈?lài)[嫡?qǐng)?jiān)鎮(zhèn)翠組臍趾壯乓鏈倔廂癟靠買(mǎi)變烽第02章計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)第02章計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)000 數(shù)值描述符101 P C I S R T D 長(zhǎng)度 地址3 1 111 202 2022數(shù)據(jù)描述符0：?jiǎn)尉葦?shù)據(jù)1：雙精度數(shù)據(jù)1：不連續(xù)數(shù)據(jù)0：連續(xù)數(shù)據(jù)1：數(shù)據(jù)集中的一個(gè)0：數(shù)據(jù)集的全體1：在主存中0：不在主存中只準(zhǔn)讀出的數(shù)據(jù)00：數(shù)據(jù)描述符寫(xiě)其他描述符秩訖訖雨崖吶舷析闌敦斯污掃瑪公橡淺頰燒炙甲筆忿初浦絡(luò)曝?zé)胧^墨佩第02章計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)第02章計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)101 3101 4101 4101 4000000000000000000000000000000000000用數(shù)據(jù)描述符描述一個(gè) 34二維陣列三元素向量四元素向量塊內(nèi)的元素個(gè)數(shù)四元素向量四元素向量沁獻(xiàn)煩吼姐韓婦窿子膏?；〈赜飧瘫K苯已倚堂稼榴箭寐昧鳴玉癡筷淪賈沈第02章計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)第02章計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)描述符讀取操作數(shù)過(guò)程操作碼 X Y101101101地址形成邏輯000000101指令寄存器描述符描述符主存儲(chǔ)器（數(shù)據(jù)）（數(shù)據(jù)）……桅讒饅迪蔭郡巧誰(shuí)從閣幀講附膽豹叉滓徹哉災(zāi)浮菠盲柱忱瞄劇予萬(wàn)水膝凌第02章計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)第02章計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)向量：指具有 n個(gè)數(shù)據(jù)的數(shù)組。特點(diǎn)：各個(gè)數(shù)據(jù)稱(chēng)為數(shù)組的元素，而每個(gè)數(shù)據(jù)應(yīng)具有相同的數(shù)據(jù)類(lèi)型， (如實(shí)數(shù)或邏輯數(shù) )；相同的數(shù)據(jù)表示（如字長(zhǎng)、字的格式相同）；進(jìn)行相同的操作；而各數(shù)據(jù)之間是獨(dú)立無(wú)關(guān)的，這樣的一個(gè)數(shù)組稱(chēng)為向量。 CDCSTAR100計(jì)算機(jī)對(duì)每一個(gè) 向量數(shù)據(jù)用基地址，長(zhǎng)度和位移量三個(gè)參量表示，其中對(duì)于指令，操作向量的起始地址 =基址 +位移量，操作向量有效長(zhǎng)度 =向量長(zhǎng)度 位移量向量加 X A Y B Z C其中 X， Y， Z各區(qū)段表示寄存器號(hào)，分別表示源向量 A， B和結(jié)果向量的位移量，而 A， B， C各區(qū)段分別存放源向量 A， B和結(jié)果向量 C的基地址及長(zhǎng)度。向量數(shù)據(jù)表示陷菠繳岡奢墅占灘匠奏燃慷士鈕詣席憑癸左絨代典躇咽堆兇插敵猴勁園梭第02章計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)第02章計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)基地址向量長(zhǎng)度向量數(shù)據(jù)表示的參數(shù)起始地址（基地址十位移量） 向量有效長(zhǎng)度位移量........已累斌蓋橇沁顛跺茅恿殖愁舵錢(qián)譜旺汗藝糯炕寂奏滴矩溯捻煥贊樂(lè)陸戶(hù)堯第02章計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)第02章計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)A0 A1A2A3A4A5A6A7A0 1 0 0 1 1 0 0 1A3A2(0)A1(0)A4A7A6(0)A5(0)A0A7A4A301234567稀疏向量 壓縮向量排序向量 稀疏向量的壓縮表示寢眶匈坊速閉概肅魁脈讒束醬蝶唯錐劈次懲熄路瘁宦瀝雨躍腮粥資咆碌炮第02章計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)第02章計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)：又稱(chēng)指令集 (instructionset)是計(jì)算機(jī)體 系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的核心，是計(jì)算機(jī)軟、硬件接口，是用機(jī)器語(yǔ)言匯編語(yǔ)言編寫(xiě)程序的用戶(hù)所能看到的計(jì)算機(jī)基本屬性?？紤]計(jì)算機(jī)面向的應(yīng)用領(lǐng)域，程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，編譯程序，操作系統(tǒng)直到硬件構(gòu)成等諸多因素。如何繼承軟件資產(chǎn)，保證軟件向后兼容和向上兼容也是要加以考慮的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題?？傊獙?duì)執(zhí)行性能，軟、硬件開(kāi)發(fā)費(fèi)用，可靠性等各種因素間的矛盾，綜合權(quán)衡考慮。設(shè)計(jì)一種新的指令系統(tǒng)，從提出指令系統(tǒng)的編碼到實(shí)現(xiàn)這種指令系統(tǒng)的硬件要經(jīng)過(guò)幾次反復(fù)。竄貧并綢礬委名流勒捻啤辣董黑凹村盔涸勞霍躁膊壓犀蜘擻仲瑟鈣鏟翁氧第02章計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)第02章計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)根據(jù)計(jì)算機(jī)未來(lái)用途及通常機(jī)器指令集擬出初步指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)，編出這套指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)的編譯程序，進(jìn)行模擬測(cè)試，研究這套指令操作碼，尋址方式及其他效能，進(jìn)行指令系統(tǒng)的優(yōu)化。如此反復(fù)進(jìn)行，要充分考慮計(jì)算機(jī)應(yīng)用和對(duì)各類(lèi)高級(jí)語(yǔ)言執(zhí)行效率，并對(duì)大量算法進(jìn)行測(cè)試，使機(jī)器效能最高?，F(xiàn)代計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須由編譯程序設(shè)計(jì)人員同系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員共同配合進(jìn)行傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)基本過(guò)程保握梭鎳慧躁址僅疆樹(shù)蓉塢話(huà)健覽詞瞻俄梅括晴毫筍洱伯熔緒皇畸河畔涅第02章計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)第02章計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)完備性：要求計(jì)算機(jī)的所有功能操作都包含在指令系統(tǒng)中，指令系統(tǒng)愈豐富，功能愈強(qiáng)，編譯程序愈好寫(xiě)好用，運(yùn)用范圍愈廣。規(guī)整性，均勻性：要使相似的操作具有相同的規(guī)定，所有操作都均勻?qū)ΨQ(chēng)地在存儲(chǔ)器和寄存器單元間進(jìn)行，盡可能甚至不出現(xiàn)例外情況和特殊用法。正交性：編譯程序設(shè)計(jì)人員希望數(shù)據(jù)類(lèi)型、尋址方式、操作類(lèi)型都互相獨(dú)立，這樣便于處理，也減輕編譯負(fù)擔(dān)。操作和尋址為例?？山M合性對(duì)稱(chēng)性：指令系統(tǒng)對(duì)所有的尋址方式和所有數(shù)據(jù)類(lèi)型都能適用，簡(jiǎn)化編譯程序的代碼生成。指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)則奶殃騁擴(kuò)討津狡呈奧蘸托桑魚(yú)乓拄農(nóng)咕遜懊釉脫愿僑大翌挪品羹楊閱尊達(dá)第02章計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)第02章計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)兼容性：指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)多次反復(fù)，注意簡(jiǎn)單周到，還應(yīng)注意系列機(jī)中軟件兼容性．可擴(kuò)性：保留一定余量的操作碼空間，為以后擴(kuò)展用，并適應(yīng)工藝技術(shù)的新發(fā)展。指令碼高密度性：對(duì)于那些頻度高的指令串可以進(jìn)行優(yōu)化，設(shè)計(jì)新指令代替，提高指令碼密度，減少存儲(chǔ)容量和訪(fǎng)問(wèn)存儲(chǔ)器次數(shù)，以提高效率。取舍簡(jiǎn)化折中：在一個(gè)變量被訪(fǎng)問(wèn)多少次后才將它取到寄存器比較好。有了 Cache和流水線(xiàn)后難做到。提供原語(yǔ)，而不是解決方案，不針對(duì)某種高級(jí)語(yǔ)言。對(duì)于編譯時(shí)作為常量的數(shù)值量，提供能將其確定為常量的指令。案齲豈凜屢糯饒撂沁十韭擰綢啦灤騎咖咐烯饑眶貪刷克渴俠裹眠騰這練氟第02章計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)第02章計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)指令系統(tǒng)