計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)ppt課件(編輯修改稿)
2025-02-14 16:03 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 直接地址、間接地址、立即數(shù)、 寄存器編號(hào)、變址寄存器編號(hào) 地址的 附加信息 ： 偏移量、塊長度、跳距 尋址方式 ： 直接尋址、間接尋址、立即數(shù)尋址、 變址尋址、相對(duì)尋址、寄存器尋址 操作碼的優(yōu)化表示 操作碼的 三種編碼方法 ： 固定長度， Huffman編碼、擴(kuò)展編碼 改進(jìn)操作碼編碼方式 能夠節(jié)省程序存儲(chǔ)空間，例如： Burroughs公司的 B1700機(jī) 操作碼 編碼方式 整個(gè)操作系統(tǒng)所用 指令的操作碼總位數(shù) 改進(jìn)的 百分比 8位定長編碼 4610擴(kuò)展編碼 Huffman編碼 301,248 184,966 172,346 0 39％ 43％ Huffman編碼法 1992年由 Huffman首先提出 操作碼的 最短平均長度 可通過下式計(jì)算： 其中： Pi表示第 i種操作碼在程序中出現(xiàn)的概率 固定長操作碼相對(duì)于 Huffman操作碼的 信息冗余量 為： inii ppH ?????12l og? ?nppRniii212l o gl o g1??????例 ： 假設(shè)一臺(tái)模型計(jì)算機(jī)共有 7種不同的操作碼，如果采用固定長操作碼需要 3位。已知各種操作碼在程序中出現(xiàn)的概率如下表，計(jì)算采用 Huffman編碼法的操作碼平均長度，并計(jì)算固定長操作碼和 Huffman操作碼的信息冗余量。 利用 Huffman樹進(jìn)行操作碼編碼的方法，又稱為最小概率合并法。 指令 I1 概率 I2 I3 I4 I5 I6 I7 ，自左向右從排列好。 2. 選取兩個(gè)概率最小的結(jié)點(diǎn)合并成一個(gè)概率值是二者之和的新結(jié)點(diǎn)，并把這個(gè)新結(jié)點(diǎn)與其它還沒有合并的結(jié)點(diǎn)一起形成新結(jié)點(diǎn)集合。 3. 在新結(jié)點(diǎn)集合中選取兩個(gè)概率最小的結(jié)點(diǎn)進(jìn)行合并，如此繼續(xù)進(jìn)行下去，直至全部結(jié)點(diǎn)合并完畢。 4. 最后得到的根結(jié)點(diǎn)的概率值為 1。 5. 每個(gè)結(jié)點(diǎn)都有兩個(gè)分支，分別用一位代碼“ 0” 和“ 1”表示。 6. 從根結(jié)點(diǎn)開始，沿尖頭所指方向，到達(dá)屬于該指令的概率結(jié)點(diǎn)，把沿線所經(jīng)過的代碼組合起來得到這條指令的操作碼編碼。 解： 采用 Huffman編碼法所得到的操作碼的平均長度 ＝ 1＋ 2＋ 3＋ 4 ＋ 5＋ 6＋ 6＝ （位） 采用最優(yōu) Huffman編碼法，操作碼的最短平均長度 ＝ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＝ （位） 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 指令序號(hào) 概率 Huffman編碼法 操作碼長度 I1 0 1位 I2 10 2位 I3 110 3位 I4 1110 4位 I5 11110 5位 I6 111110 6位 I7 1111111 6位 采用 3位固定長操作 碼的信息冗余量為： ? ? % o g1 2 ????? HRHuffman編碼法的信息冗余量僅為： 與 3位定長操作碼的冗余量 35％相比要小得多 擴(kuò)展編碼法 Huffman操作碼的主要缺點(diǎn)： 操作碼長度很不規(guī)整，硬件譯碼困難 與地址碼共同組成固定長的指令比較困難 擴(kuò)展編碼法 ：由固定長操作碼與 Huffman編碼法相結(jié)合形成 % ???R 例如 ：例 1235擴(kuò)展編碼法，其操作碼最短平均長度為： H = 1＋ 2＋ 3＋ (＋ ＋ ＋ ) 5 = 信息冗余量為： 又例如 ：例 24等長擴(kuò)展編碼法，其操作碼最短平均長度為： H = (?+) ? 2+ (+++) ? 4 = 信息冗余量為： % ???R% ???R序號(hào) 概率 1235擴(kuò)展編碼 I1 0 I2 10 I3 110 I4 11100 I5 11101 I6 11110 I7 11111 24等長擴(kuò)展編碼 00 01 10 1100 1101 1110 1111 平均長度 信息冗余量 % % 7條指令的操作碼擴(kuò)展編碼法 操作碼編碼 說明 0000 0001 …… 1110 4位長度的操作碼 共 15種 等長 15/15/15…… 擴(kuò)展編碼法 1111 0000 1111 0001 …… 1111 1110 8位長度的操作碼 共 15種 1111 1111 0000 1111 1111 0001 …… 1111 1111 1110 12位長度的操作碼 共 16種 指令序號(hào) 概率 Huffman編碼法 操作碼長度 I1 0 1位 I2 10 2位 I3 110 3位 I4 1110 4位 I5 11110 5位 I6 111110 6位 I7 1111111 6位 采用 3位固定長操作 碼的信息冗余量為： ? ? % o g1 2 ????? HR操作碼編碼 說明 0000 0001 …… 0111 4位長度的操作碼 共 8種 等長 8/64/512…… 擴(kuò)展編碼法 1000 0000 1000 0001 …… 1111 0111 8位長度的操作碼 共 64種 1000 1000 0000 1000 1000 0001 …… 1111 1111 0111 12位長度的操作碼 共 512種 編碼方法 不等長操作碼 (4/6/10)擴(kuò)展編碼法 4位 指令操作碼的長度 6位 10位 指令 種類 15/3/16 15 3 16 34 8/31/16 8 31 16 55 8/30/32 8 30 32 70 8/16/256 8 16 256 280 4/32/256 4 32 256 292 指令格式設(shè)計(jì)舉例 指令的長度： 有固定長度和可變長度兩種 操作碼長度： 有固定長度和可變長度兩種 例如： IBM370系列機(jī)，操作碼長度固定： 8位 指令長度有 16位、 32位和 48位等多種 地址個(gè)數(shù)以兩地址為主 16個(gè)通用寄存器可兼做變址寄存器和基址寄存器使用 OPC L B1 D1 B2 D2 8 8 4 12 4 12 SS型 OPC R1 8 4 RR型 OPC R1 X2 B2 8 4 4 4 RX型 D2 12 OPC Rn Rm B 8 4 4 4 RS型 D 12 OPC I2 B1 8 8 4 SI型 D1 12 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) （第 8講） 第二章 指令系統(tǒng) 數(shù)據(jù)表示 尋址技術(shù) 指令格式的優(yōu)化設(shè)計(jì) 指令系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì) RISC指令系統(tǒng) 指令系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì) 完整性、規(guī)整性、高效率和兼容性 指令的組成 五類：數(shù)據(jù)傳送，運(yùn)算，程序控制，輸入輸出，處理機(jī)控制和調(diào)試 數(shù)據(jù)傳送類指令 由如下 三個(gè)主要因素 決定： 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備的種類 數(shù)據(jù)單位：字、字節(jié)、位、數(shù)據(jù)塊等 采用的尋址方式 指令種類 （以字為傳送單位，不考慮尋址方式等）： 通用寄存器 ? 通用寄存器 通用寄存器 ? 主存儲(chǔ)器 通用寄存器 ? 堆棧 主存儲(chǔ)器 ? 通用寄存器 主存儲(chǔ)器 ? 主存儲(chǔ)器 主存儲(chǔ)器 ? 堆棧 堆棧 ? 通用寄存器 堆棧 ? 主存儲(chǔ)器 運(yùn)算類指令 考慮四個(gè)因數(shù)的組合： (1) 操作種類： 加、減、乘、除、與、或、非、異或、比較、移位、檢索、轉(zhuǎn)換、匹配、清除、置位等 (2) 數(shù)據(jù)表示： 定點(diǎn)、浮點(diǎn)、邏輯、十進(jìn)制、字符串、定點(diǎn)向量等 (3) 數(shù)據(jù)長度： 字、雙字、半字、字節(jié)、位、數(shù)據(jù)塊等 (4) 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備： 通用寄存器、主存儲(chǔ)器、堆棧等 以加法指令為例，一般應(yīng)設(shè)置如下幾種： 寄存器 寄存器型的定點(diǎn)單字長加法指令 寄存器 寄存器型的定點(diǎn)雙字長加法指令 寄存器 寄存器型的定點(diǎn)半字加法指令 寄存器 寄存器型的字節(jié)加法指令 寄存器 寄存器型的浮點(diǎn)單字長加法指令 寄存器 寄存器型的浮點(diǎn)雙字長加法指令 寄
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