【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 發(fā)展的兩種途徑n復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī) (CISC)精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī) (RISC):通過減少指令總數(shù)和簡(jiǎn)化指令的功能來降低硬件設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度，提高指令執(zhí)行速度，使指令簡(jiǎn)單，有效可行。PENTIUM處理器：RISC特征：某些指令以硬連線來實(shí)現(xiàn)，并能在一個(gè)時(shí)鐘周期執(zhí)行完；CISC特征：用微代碼實(shí)現(xiàn)，需要 23個(gè)時(shí)鐘周期的執(zhí)行時(shí)間，有多種尋址方式，多種指令長(zhǎng)度，為數(shù)不多的通用寄存器。指令系統(tǒng)龐大 硬件復(fù)雜、龐大 執(zhí)行速度低 編譯程序復(fù)雜、長(zhǎng) 部分指令使用效率低 雁杏丟市捷吞擅績(jī)蔓孝潭熱欽缺鈍漂惕燼葛換匣自梗傲撿刮漣官撐仲夢(mèng)戒第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)指令編碼方法n正交法 :指令中的每個(gè)分段（包括操作碼、操作數(shù)地址等） 相互獨(dú)立，操作數(shù)地址的編碼同操作碼無關(guān)，反之亦然 優(yōu)點(diǎn) :對(duì)流水機(jī)特別適用，微程序控制數(shù)量減少。n整體法 :指令中各個(gè)分段在譯碼時(shí)相互有關(guān)，操作碼同操作數(shù)。地址的分界線并不清楚。優(yōu)點(diǎn) :可以把使用頻度高的操作碼同操作數(shù)地址碼組合起來，加以縮短優(yōu)化，而使用頻度低的可以較長(zhǎng)些 ,這樣可以節(jié)省存貯容量。缺點(diǎn) :在用微程序控制時(shí)，微程序數(shù)量較多，需要有較大的微程序控制存貯器。n混合法 :這種方法把上兩種方法的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來。褥狽旱趨紡罵旋升為滁奪韶笆蜜沾確絳誠(chéng)匠無服吹鉚搖顏忻嫡流渡革廳坐第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)及結(jié)構(gòu)的分類基本思想：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的一些基本操作（包括操作系統(tǒng)和高級(jí)語言的操作）應(yīng)由硬件實(shí)現(xiàn)還是由軟件實(shí)現(xiàn)；某些復(fù)雜操作是由一條指令實(shí)現(xiàn)還是由一串指令實(shí)現(xiàn)。指令系統(tǒng)也可以按下面幾個(gè)準(zhǔn)則分類：每條指令中顯式指明的操作數(shù)個(gè)數(shù)CPU中存放操作數(shù)部件的類型數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)表示ALU(arithmeticlogicalunit)指令的操作數(shù)個(gè)數(shù)和位置蔚唇援芍繳媳迫呆莆廈扛串帛僅左斬礙潞爸粹愿便蝦炬伎悍粉刃待圭墟瞧第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)n堆棧機(jī)v 主要操作：是壓入和彈出，主要是以后進(jìn)先出的方式。v 優(yōu)點(diǎn)：面向堆棧， 指令短，表達(dá)式求值簡(jiǎn)單；可以有較高的編碼密度。v 缺點(diǎn)：不能隨機(jī)訪問和編譯技術(shù)不匹配，很難高速執(zhí)行：這類機(jī)器的例子 Burroughs5500，HP3000。主要依據(jù)：在 CPU中以何種存儲(chǔ)方式來存放操作數(shù)。分類：堆棧型累加器型通用寄存器型RRRMMM迷渡逐印卡顱鈣娟縣寢抒蹦批盯攪穎受付帶銜涼血鍛諱傷值而碗碾寓蓑勝第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)n累加器型機(jī)器是有一個(gè)隱含操作數(shù)的機(jī)器，指令能夠直接裝卸或存儲(chǔ)的累加器中。操作時(shí)取一個(gè)操作數(shù)，另一個(gè)操作數(shù)取自累加器，結(jié)果放回到累加器n累加器類的基本優(yōu)缺點(diǎn)與堆棧機(jī)相同。這類機(jī)器的例子是 PDP8。 寄存器為基礎(chǔ)的指令系統(tǒng) (GPR機(jī) ):n優(yōu)點(diǎn)：于數(shù)據(jù)在寄存器中，減少了對(duì)存儲(chǔ)器的存取，速度更快一些。數(shù)值表示有很強(qiáng)的適應(yīng)性。n缺點(diǎn)：指令格式必須包含寄存器指針空間。 GPR機(jī)類型：有三類 GPR機(jī)，它們是寄存器 寄存器型機(jī)和寄存器 存儲(chǔ)器型機(jī)。還有存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)器型機(jī)累加器為基礎(chǔ)的指令系統(tǒng)坊侖番筍歇蓋銀甫噬礦窟板尤嘆遍現(xiàn)慶怎扳男濰捆炭兆丘焦藐室烘碎爛嘯第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)取 /存寄存器或存儲(chǔ)器寄存器或存儲(chǔ)器2/3IBM360/370DECVAX11RISC機(jī)寄存器集取 /存累加器累加器1PDP8MC6800累加器進(jìn)?；蛲藯６褩?B5500/6500HP3000Transputer堆棧訪問顯式操作數(shù)的過程結(jié)果存放目的地每條 ALU指令需指明的顯式操作數(shù)機(jī)器型號(hào)CPU中存儲(chǔ)部件形式三種不同的指令系統(tǒng)集結(jié)構(gòu)嫁嘯本顫澤垂蝴爸卯捅酪稠的曬足雌幻挺聶藕廈截勢(shì)航汰緩奢汝啤贊穗莊第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)PDP11， IBM360/370的 SS型指令2MM2VAX11系列機(jī)3MM3PDP10， MC68000， IBM360/370中 RX型指令I(lǐng)BM360/370中的 RS型指令23RM1IBMRTPC， IBM360/370中RR型指令SPARC， MIPS， HPPA等RISC機(jī)23RR0計(jì)算機(jī)實(shí)例ALU指令中可能使用的操作數(shù)個(gè)數(shù)結(jié)構(gòu)類型ALU指令訪存操作數(shù)個(gè)數(shù)典型計(jì)算機(jī)中 ALU指令所使用的訪存操作數(shù)的個(gè)數(shù)香矚耕操翹駿廢墊蠢膨嘛屋望難拄恰坎宣撩寵翅吮褐鉛冶帕韓所湛豆掠赦第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)尋址技術(shù)尋址技術(shù)是指尋找數(shù)據(jù)以及其他信息的地址技術(shù)。它是軟件與硬件的一個(gè)主要分界面，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的重要組成部分。主要研究 :編址方式、尋址方式和定位方式 等。研究的對(duì)象有寄存器、主存存儲(chǔ)器、堆棧、輸入輸出設(shè)備等。在匯編語言中，已經(jīng)學(xué)習(xí)了常見的尋址方式的基本原理。在組成原理中，學(xué)習(xí)了尋址技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法。在分析各種尋址技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)基礎(chǔ)上，學(xué)習(xí)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中如何選擇和確定采用那種尋址技術(shù)。瞪爪申市桔鴛圣濰蠱搞龜盒虧孿婚暈撈惶挎殊足庭瓊物硫孔尿敲吠抒及剛第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)編址技術(shù)目前常用的有字編址、字節(jié)編址、位編址。字編址，是實(shí)現(xiàn)起來最容易的，因?yàn)槊總€(gè)編址單位與設(shè)備的訪問單位相一致。即每個(gè)編址單位所包含的 bit數(shù)與訪問一次設(shè)備所得到的 bit數(shù)相同。地址信息、存儲(chǔ)容量沒有任何損失。每從主存取一個(gè)數(shù)據(jù)后，地址計(jì)數(shù)器加 1，實(shí)現(xiàn)很簡(jiǎn)單。由于非數(shù)值應(yīng)用超過了數(shù)值應(yīng)用，而后者要求以字節(jié)編址。在字編址計(jì)算機(jī)中，需要設(shè)置字節(jié)操作指令、位操作指令，在指令中指出操作數(shù)的字節(jié)編號(hào)或位編號(hào)。鞏舜招陸查遲洋涂轍捌或便范吏博釣當(dāng)琢信誠(chéng)鉀濕?；疬_(dá)級(jí)攆彰待般匙裹第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)為了適應(yīng)非數(shù)值計(jì)算的需要，字節(jié)編址的方式能夠使編址單位與信息單位一致。如果機(jī)器的主存訪問字長(zhǎng)也是一個(gè)字節(jié)的話，那么主存的帶寬就太窄了，必將稱為瓶頸。通常主存的字長(zhǎng)使一個(gè)字節(jié)的 4倍以上，有的達(dá)到幾十倍。由于編址單位所包含的信息量 (一個(gè)字節(jié) )和訪問一次所獲得的信息量 (一個(gè)字 )不想同，產(chǎn)生了數(shù)據(jù)如何存放的問題。如果指令長(zhǎng)是 32位，那么每執(zhí)行完一條指令，指令計(jì)數(shù)器加 4。DRAM是一種破壞性讀出，每當(dāng)從一個(gè)存儲(chǔ)單元讀出數(shù)據(jù)，該存儲(chǔ)單元清 0，再寫入剛讀出的數(shù)據(jù)。寫數(shù)據(jù)也必須包括讀出和重寫兩次訪問主存操作。剎邏悅腦埔翅幅太罩系霄苛觀吼灸厘解碼熔斟界數(shù)譚動(dòng)忽我息峰犀闌崔凡第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)00 字 節(jié) 半字 雙08 字 單 字 半10 字 單 字 字 節(jié) 單18 字2000 字 節(jié) 浪 費(fèi)08 半字 浪 費(fèi)10 單 字 浪 費(fèi)18 雙字201000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111字節(jié)編址疵較螟每圈嬰喝傘聯(lián)峭潤(rùn)湛膩靶高舌鋪依臟絲朗棗彈履們瑤層品立足正代第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)00 字 節(jié) 浪 費(fèi)08 雙字10 半字 浪 費(fèi)18 雙字20 單 字 浪 費(fèi)28 雙字30 字 節(jié) 浪 費(fèi) 單 字38 半字 浪 費(fèi) 單 字40 字 節(jié) 浪 費(fèi) 半字雙字放在最末是 000的地址，單字地址最末兩位為 00，半字最末一位為 0倘食尉滔脫濤背宰盾采苛衷淫擊產(chǎn)匡瘧?yīng)剣嵆暨x東鍵屁漆撮睹盧巾膘嶺第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)零地址空間個(gè)數(shù)計(jì)算機(jī)需要對(duì)通用寄存器、主存儲(chǔ)器和輸入輸出設(shè)備進(jìn)行分別編址。堆棧雖然也是一種存儲(chǔ)設(shè)備，但是不需要編址。三個(gè)零地址空間：通用寄存器、主存儲(chǔ)器和輸入輸出設(shè)備均獨(dú)立編址兩個(gè)零地址空間：主存儲(chǔ)器與輸入輸出設(shè)備統(tǒng)一編址一個(gè)零地址空間：所有存儲(chǔ)設(shè)備統(tǒng)一編址，最低端是通用寄存器，最高端是輸入輸出設(shè)備，中間為主存儲(chǔ)器隱含編址方式，實(shí)際上沒有零地址空間堆棧、 Cache等。鏈碼平撮涼北撞仿痕辦衍銳盂賊鎖朗靳鑒酸脅雞祈勢(shì)悍雄媒紙奠榮曾康誠(chéng)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)三個(gè)零地址空間通常要有三類指令：數(shù)據(jù)傳送指令、運(yùn)算指令、移位指令和測(cè)試指令等。為了簡(jiǎn)化指令系統(tǒng)，所有的運(yùn)算、移位和測(cè)試都在通用寄存器里面進(jìn)行。訪問操作可以再三類存儲(chǔ)設(shè)備中進(jìn)行。在 CISC機(jī)上，所有的操作都能在三類存儲(chǔ)設(shè)備中進(jìn)行。通用寄存器尋址技術(shù)，只有單一的尋址方式，而且編址長(zhǎng)度和一次訪問的長(zhǎng)度相同，即 編址方式。主存尋址技術(shù)最復(fù)雜，由于存儲(chǔ)量大，因此地址碼長(zhǎng)度很長(zhǎng)。編址單位和訪問單位也不相同。輸出輸入設(shè)備尋址和通用寄存器和主存也不相同。由于尋址方式單一，一般采用直接尋址。掉鎮(zhèn)益霖砒幌檸跨冉浸庫惕包踏購(gòu)陳樓雍妒達(dá)墅當(dāng)綿蟻妥蜂律可侗殷芭競(jìng)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)兩個(gè)零地址空間通用寄存器獨(dú)立編址，主存與輸入輸出設(shè)備統(tǒng)一編址。一般在主存地址碼高端劃出一部分作為 IO設(shè)備地址， 4K左右。主存與 IO統(tǒng)一編址能簡(jiǎn)化指令系統(tǒng)，因?yàn)椴恍枰硗獾?IO指令。缺點(diǎn)是指令執(zhí)行過程復(fù)雜，執(zhí)行時(shí)間加長(zhǎng)。因?yàn)樵L問存儲(chǔ)器的指令都要做是否訪問 IO設(shè)備的判斷？對(duì)于 CISC處理機(jī)，除了專門讀寫主存的指令外，還有許多運(yùn)算指令也能訪問主存。對(duì)于 RISC幾，只有 load和 store能夠訪問主存，一般運(yùn)算指令不能訪問主存。訪問 IO設(shè)備，只采用直接尋址，復(fù)雜的指令永不上。養(yǎng)彼超潛費(fèi)繳樸嚎吹嫁趁預(yù)適待欠泄閏街是磊注砒雛役栽霧熾吠剝陷百腮第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)一個(gè)零地址空間和隱含編址地址最低端是通用寄存器，最高端是 IO設(shè)備，中間分給主存。通常有一個(gè)大容量的高速存儲(chǔ)器，有多個(gè)進(jìn)程或線程存放在高速存儲(chǔ)器中，并且可以通過硬件進(jìn)行進(jìn)程和線程切換。有一些 DSP采用一個(gè)零地址編址方式。在堆棧計(jì)算機(jī)中，運(yùn)算指令不需要編址。Cache存儲(chǔ)器采用相聯(lián)方式訪問的存儲(chǔ)器也不需要編址。在一般處理機(jī)中，一些特殊的寄存器或寄存器堆，如指令和數(shù)據(jù)的緩沖棧等，也不需要編址。泰硯糕殊銹失腰軸莆常隆孵黍呸乳繞鐳哈當(dāng)賴?yán)t芭杯