計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成與工作原理(2)(編輯修改稿)
2024-12-22 23:35 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 Imm, Rd (Rs)?(Rd) 匯編指令示例 算術(shù)類 邏輯類 傳送類 示例 程序的執(zhí)行過程 取指令、分析指令、執(zhí)行指令 AB DB ALU 累加器 ACC 暫存器 標(biāo)志寄存器 FR 寄存器組 操作控制器 OC 指令譯碼器 ID 指令寄存器 IR 操作碼 , 地址碼 內(nèi)部總線 地址緩沖器 數(shù)據(jù)緩沖器 程序計(jì)數(shù)器 PC 地址譯碼 讀控制 B0H 5CH 04H 2EH 地址 1001H 1002H 1003H 內(nèi)容 1000H 內(nèi)存儲(chǔ)器 MOV 5CH, R1 ADD R1, 2EH, R2 ＋ 1 CPU外 CPU內(nèi) ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ①②③④⑤⑥ ①③④⑤⑥②①②③④⑤⑥ ⑦ ⑧ ? CPU指令集 指令類型、格式、尋址方式， RISC或 CISC策略 ? 存儲(chǔ)器系統(tǒng) 分級(jí)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)需求（寄存器、高速緩存、主存、輔存） ? 運(yùn)算器 +控制器 +寄存器 =CPU ? 總線結(jié)構(gòu) ? 并行處理技術(shù) 對(duì)馮 諾依曼體系的改進(jìn) CISC 尋址方式豐富，指令類型多 指令功能強(qiáng)，開發(fā)難度低 譯碼復(fù)雜、效率低 規(guī)整性不好，不利于流水作業(yè) RISC 指令系統(tǒng)簡(jiǎn)化，格式簡(jiǎn)單 功能單一，復(fù)雜功能需組合完成 譯碼、執(zhí)行效率高 有利于流水作業(yè) Complex Instruction Set Computer Reduced Instruction Set Computer ? 不同的 CPU設(shè)計(jì)策略： CISC與 RISC ? CISC（ Complex Instruction Set Computer，復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)） 不斷增強(qiáng)原有指令的功能以及設(shè)置更為復(fù)雜的新指令取代原先由程序段完成的功能，從而實(shí)現(xiàn)軟件功能的硬化。 ? RISC（ Reduced Instruction Set Computer，精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)） 通過減少指令種類和簡(jiǎn)化指令功能來降低硬件設(shè)計(jì)復(fù)雜度，從而提高指令的執(zhí)行速度。 ? 現(xiàn)代計(jì)算機(jī) ： RISC+CISC CISC與 RISC的數(shù)據(jù)流 IR ID REG ALU MEM 開始 退出 IR ID ALU MEM REG 微操作通道 開始 退出 單通數(shù)據(jù)通道 RISC： Load/Store結(jié)構(gòu) CISC：尋址方式復(fù)雜 CISC與 RISC (Complex Instruction Set Computer amp。 Reduced Instruction Set Compute) CISC RISC 內(nèi)核結(jié)構(gòu) 馮 .諾依曼 哈弗 指令系統(tǒng) 不等長(zhǎng)指令集，指令功能強(qiáng) 等長(zhǎng)精簡(jiǎn)指令集，效率高 難點(diǎn) 實(shí)現(xiàn)復(fù)雜性 編譯器復(fù)雜性 微處理器體系 微碼 流水線 操作數(shù) 任意 寄存器中 典型用途 通用計(jì)算機(jī) 專用、嵌入式 美國(guó)加州大學(xué) Berkeley分校的研究結(jié)果表明： ① 許多復(fù)雜指令很少被使用，“ 28原則” ② 控制器硬件復(fù)雜（指令多，且具有不定長(zhǎng)格式和復(fù)雜的數(shù)據(jù)類型），占用了大量芯片面積，且容易出錯(cuò)，VLSI設(shè)計(jì)困難。 ③ 指令操作繁雜，執(zhí)行速度慢。 ④ 指令規(guī)整性不好，不利于采用流水線技術(shù)提高性能。 RISC的特點(diǎn)及設(shè)計(jì)思想 RISC機(jī)的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)遵循以下五個(gè)原則： ① 指令條數(shù)少，格式簡(jiǎn)單，易于譯碼； ② 提供足夠的寄存器，只允許 load和 store指令訪問內(nèi)存； ③ 指令由硬件直接執(zhí)行，在單個(gè)周期內(nèi)完成； ④ 充分利用流水線； ⑤ 強(qiáng)調(diào)優(yōu)化編譯器的作用； ? 流水線結(jié)構(gòu)（指令并行） ? 把一個(gè)復(fù)雜的過程分解為若干子過程（工序），每個(gè)子過程由專門的功能部件完成 ? 工序劃分越細(xì)，則只完成更簡(jiǎn)單的任務(wù) ? 各工序用相同的時(shí)間完成
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