【正文】 指令序號(hào) I 1 I 2 I 3 I 4 I 5 I 6 I 7出現(xiàn)的概率 H p piini? ? ??? 21lo g? ?Rp pni iin? ?? ???1212lo glo g64 解： 采用 Huffman編碼法所得到的操作碼的平均長(zhǎng)度為： ＝ 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(zhǎng)度為： ＝ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＝ （位） 采用 3位固定長(zhǎng)操作碼的信息冗余量為： Huffman編碼法的信息冗余量?jī)H為： 與 3位固定長(zhǎng)操作碼的信息冗余量 35％相比要小得多 H p li ii? ???17H p pi ii? ? ??? 217lo g? ?RH? ? ? ? ?17 11 973 35%2l o g.R ? ? ?1 1 951 97 1 0%.. .65 擴(kuò)展編碼法 ? Huffman操作碼的主要缺點(diǎn)： 操作碼長(zhǎng)度很不規(guī)整，硬件譯碼困難 與地址碼共同組成固定長(zhǎng)的指令比較困難 ? 擴(kuò)展編碼法 ：由固定長(zhǎng)操作碼與 Huffman編碼法相結(jié)合形成 例如： 例 1235擴(kuò)展編碼法，操作碼最短平均長(zhǎng)度為： H＝ 1＋ 2＋ 3 ＋ (＋ ＋ ＋ ) 5＝ 信息冗余量為： 例如： 例 24等長(zhǎng)擴(kuò)展編碼法，操作碼最短平均長(zhǎng)度為： H＝ (＋ ＋ ) 2＋ (＋ ＋ ＋ ) 4 ＝ 信息冗余量為： R ? ? ?1 1 952 00 2 5%.. .R ? ? ?1 1 952 20 11 4%.. .66 7 條指令的操作碼擴(kuò)展編碼法指令序號(hào) 出現(xiàn)的概率 1235 擴(kuò)展編碼 24 等長(zhǎng)擴(kuò)展編碼I1 0 0 0I2 1 0 0 1I3 1 1 0 1 0I4 1 1 1 0 0 1 1 0 0I5 1 1 1 0 1 1 1 0 1I6 1 1 1 1 0 1 1 1 0I7 1 1 1 1 1 1 1 1 1平均長(zhǎng)度 信息冗余量 ％ ％67 操作碼 等長(zhǎng)擴(kuò)展編碼法操作碼編碼 說(shuō) 明 操作碼編碼 說(shuō) 明00000001??11104 位長(zhǎng)度的操作碼共 15 種00000001??01114 位長(zhǎng)度的操作碼共 8 種1111 00001111 0001 ??1111 11108 位長(zhǎng)度的操作碼共 15 種1000 00001000 0001 ??1111 01118 位長(zhǎng)度的操作碼共 64 種1111 1111 00001111 1111 0001 ??1111 1111 111012 位長(zhǎng)度的操作碼共 16 種1000 1000 00001000 1000 0001 ??1111 1111 011112 位長(zhǎng)度的操作碼共 512 種 等長(zhǎng) 15/15/15 ??擴(kuò)展法 　等長(zhǎng) 8/64/512 ??擴(kuò)展法68 不等長(zhǎng)操作碼擴(kuò)展編碼法 （ 4610 擴(kuò)展編碼法）各種不同長(zhǎng)度操作碼的指令編碼方法4 位操作碼 6 位操作碼 10 位操作碼指令種類15/3/16 15 3 16 348/31/16 8 31 16 558/30/32 8 30 32 708/16/256 8 16 256 2804/32/256 4 32 256 29269 地址碼的優(yōu)化表示 地址碼個(gè)數(shù)的選擇 ? 地址碼個(gè)數(shù)通常有三個(gè)、兩個(gè)、一個(gè)及０個(gè)等四種情況 ? 評(píng)價(jià)地址碼個(gè)數(shù)應(yīng)該取多少的標(biāo)準(zhǔn)主要有兩個(gè)： 一是 程序存儲(chǔ)容量 ，包括操作碼和地址碼 二是 程序執(zhí)行速度 ，以程序執(zhí)行過(guò)程中訪問(wèn)主存的信息量代表 ? 通過(guò)一個(gè)典型例子來(lái)分析： 例如：計(jì)算一個(gè)典型的算術(shù)表達(dá)式 : 用三地址指令編寫的程序如下： MUL X, A, B ； X單元暫時(shí)用來(lái)存放中間運(yùn)算結(jié)果 ADD X, X, C SUB X, X, D ； X單元中存放的是分子運(yùn)算的結(jié)果 ADD Y, E, F ；計(jì)算分母 DIV X, X, Y ；最后運(yùn)算結(jié)果在 X單元中 fedcbax?????70 用普通二地址指令編寫的程序如下： MOVE X, A ；復(fù)制一個(gè)臨時(shí)變量到 X單元中 MUL X, B ADD X, C SUB X, D ； X單元中存放的是分子運(yùn)算的結(jié)果 MOVE Y, E ；復(fù)制一個(gè)臨時(shí)變量到 Y單元中 ADD Y, F ； Y單元中存放的是分母運(yùn)算的結(jié)果 DIV X, Y ；最后運(yùn)算結(jié)果在 X單元中 采用通用寄存器結(jié)構(gòu)的二地址指令編寫的程序如下： MOVE R1, A ；把操作數(shù) a取到 R1通用寄存器中 MUL R1, B ADD R1, C SUB R1, D ；通用寄存器 R1中存放分子運(yùn)算結(jié)果 MOVE R2, E ADD R2, F ；通用寄存器 R2中存放分母運(yùn)算結(jié)果 DIV R1, R2 ；最后運(yùn)算結(jié)果在通用寄存器 R1中 MOVE X, R1 ；把最后運(yùn)算結(jié)果存入 X單元中 71 用一地址指令編寫的程序如下： LOAD E ；先計(jì)算分母，取一個(gè)操作數(shù)到累加器中 ADD F ；分母運(yùn)算結(jié)果在累加器中 STORE X ；保存分母運(yùn)算結(jié)果，騰出累加器 LOAD A ；取分子的一個(gè)操作數(shù)到累加器中 。 59 2． 1 數(shù)據(jù)表示 2． 2 尋址技術(shù) 2． 3 指令格式的優(yōu)化設(shè)計(jì) 2． 4 指令系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì) 2． 5 RISC指令系統(tǒng) 第二章 指令系統(tǒng)及 CPU組成 60 指令格式的優(yōu)化設(shè)計(jì) ? 主要目標(biāo)： 節(jié)省程序的存儲(chǔ)空間 指令格式盡量規(guī)整，便于譯碼 ? 研究?jī)?nèi)容： 操作碼的優(yōu)化表示 地址碼的優(yōu)化表示 指令的組成 操作碼的優(yōu)化設(shè)計(jì) 地址碼的優(yōu)化設(shè)計(jì) 指令格式設(shè)計(jì)舉例 61 指令的組成 ? 一般的指令主要由兩部分組成： 操作碼和地址碼 ? 操作碼主要包括兩部分內(nèi)容： 操作種類： 加、減、乘、除、傳送、移位、轉(zhuǎn)移、輸入輸出 操作數(shù)描述： 數(shù)據(jù)的類型： 定點(diǎn)數(shù)、浮點(diǎn)數(shù)、復(fù)數(shù)、字符、字符串、 邏輯數(shù)、向量 進(jìn)位制： 2進(jìn)制、 10進(jìn)制、 16進(jìn)制 數(shù)據(jù)字長(zhǎng)： 字、半字、雙字、字節(jié) ? 地址碼通常包括三部分內(nèi)容： 地址、 間接地址、立即數(shù)、寄存器編、變址寄存器 地址的附加信息： 偏移量、塊長(zhǎng)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 62 操作碼的優(yōu)化表示 ? 操作碼的三種編碼方法： 固定長(zhǎng)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) 固定長(zhǎng)操作碼 ? 主要優(yōu)點(diǎn)： 規(guī)整，譯碼簡(jiǎn)單 ? 主要缺點(diǎn)： 浪費(fèi)信息量 （操作碼的總長(zhǎng)位數(shù)增加） 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(zhǎng)編碼 301,248 04610 擴(kuò)展編碼 184,966 39 ％Huffman 編碼 172,346 43 ％63 Huffman編碼法 1992年由 Huffman首先提出的一種編碼方法， ? 操作碼的 最短平均長(zhǎng)度 可以通過(guò)如下公式計(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(zhǎng)操作碼相對(duì)于 Huffman操作碼的 信息冗余量 為： 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(zhǎng)操作碼需要 3位。 ? 靜態(tài)定位 ： 在程序裝入主存儲(chǔ)器的過(guò)程中隨即進(jìn)行地址變換， 確定指令和數(shù)據(jù)的主存物理地址的稱為靜態(tài)定位方式。 解： 54 用間接尋址方式編寫程序如下： START: MOVE ASR, ASI ；保存源數(shù)組的起始地址 MOVE ADR, ADI ；保存目標(biāo)數(shù)組的起始地址 MOVE NUM, CNT ；保存數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù) LOOP: MOVE ASI, ADI ；用間址尋址方式傳送數(shù)據(jù) INC ASI ；源數(shù)組的地址增量 INC ADI ；目標(biāo)數(shù)組的地址增量 DEC CNT ；個(gè)數(shù)減 1 BGT LOOP ；測(cè)試 N個(gè)數(shù)據(jù)是否傳送完 HALT ；停機(jī) ASR: AS ；源數(shù)組的起始地址 ADR: AD ；目標(biāo)數(shù)組的起始地址 NUM: N ；需要傳送的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù) ASI: 0 ；當(dāng)前正在傳送的源數(shù)組地址 ADI: 0 ；當(dāng)前正在傳送的源數(shù)組地址 CNT: 0 ；剩余數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù) 55 用變址尋址方式編寫程序如下： START: MOVE AS, X ；源數(shù)組的起始地址送變址寄存器 MOVE NUM, CNT ；保存數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)，程序具有再入性 LOOP: MOVE (X), ADAS(X)； ADAS為地址偏移量，匯編時(shí)計(jì)算 INC X ；增量變址寄存器 DEC CNT ；個(gè)數(shù)減 1 BGT LOOP ；測(cè)試 N個(gè)數(shù)據(jù)是否傳送完成 HALT ；停機(jī) NUM: N ；需要傳送的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù) CNT: 0 ；剩余數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù) 56 ? 主要 優(yōu)缺點(diǎn) 比較 ： 采用變址尋址方式編寫的程序簡(jiǎn)單、易讀 。不必考慮可能出現(xiàn)的存儲(chǔ)單元的重疊問(wèn)題。 52 尋址方式 ? 尋找操作數(shù)及數(shù)據(jù)存放單元的方法稱為尋址方式。增加編程的困難 并行存儲(chǔ)器的編址技術(shù) ? 高位交叉編址 ，主要目的是用來(lái)擴(kuò)大存儲(chǔ)器容量。 多個(gè)需要編址的寄存器共用同一個(gè)地址的方法： 依靠地址內(nèi)部來(lái)區(qū)分：適用于被編址的寄存器的長(zhǎng)度比較短 “ 下跟法 ” 隱含編址方式，必須按順序讀寫寄存器。 ? 主要內(nèi)容： 編址單位、零地址空間個(gè)數(shù)、 并行存儲(chǔ)器的編址 技術(shù)、輸入輸出設(shè)備的編址技術(shù) 編址單位 ? 常用的編址單位：字編址、字節(jié)編址、位編址、塊編址等 ? 編址單位與訪問(wèn)字長(zhǎng) 一般： 字節(jié)編址，字訪問(wèn) 部分機(jī)器：位編址，字訪問(wèn) 輔助存儲(chǔ)器：塊編址，位訪問(wèn) ? 字節(jié)編址字訪問(wèn)的優(yōu)缺點(diǎn) 有利于信息處理 地址信息浪費(fèi)、存儲(chǔ)器空間浪費(fèi) 讀寫邏輯稍復(fù)雜 0字節(jié)位置引起的問(wèn)題 51 零地址空間個(gè)數(shù) ? 三個(gè)零地址空間 ： 通用寄存器、主存儲(chǔ)器、輸入輸出設(shè)備獨(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)。 46 數(shù)據(jù)描述符表示法 ? 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)