892-第2 章 计算机指令集结构设计2.1 指令集结构分类2.2 寻址方式2.3指.ppt

第2 章 计算机指令集结构设计2.1 指令集结构分类2.2 寻址方式2.3指令格式2.4 操作数的类型、表示和大小2.5指令集功能设计2.6 编译技术与计算机体系结构2.7 DLX指令集结构 指令集 设计 指令集结构: 我们必须说明那些东西? 指令格式或编码方式。即如何编码? 操作数和操作结果的存放位置 存放位置? 多少个显式操作数? 存储器操作数如何定位? 哪些操作数可以或不可以放到存储器中? 数据类型和大小 支持哪些操作 下一条指令地址 jumps, conditions, branches fetch-decode-execute is implicit! 2.1 ISA 的基本分类 累加器型(Accumulator) (1 register): 1 address add A acc ? acc + mem[A] 1+x address addx A acc ? acc + mem[A + x] 堆栈型（Stack）: 0 address add tos ? tos + next 通用寄存器型（General Purpose Register）: 2 address add A B EA[A] ? EA[A] + EA[B] 3 address add A B C EA[A] ? EA[B] + EA[C] Load/Store: 3 address add Ra Rb Rc Ra ? Rb + Rc load Ra Rb Ra ? mem[Rb] store Ra Rb mem[Rb] ? Ra 比较指令条数 通用寄存器型占主导地位 通用寄存器的分类 分类原则： ALU指令到底有两个还是三个 ALU指令中有多少个操作数可以用存储器寻址，即有多少个存储器操作数 常见的三种通用寄存器型指令集结构的优缺点 MIPS I Registers Programmable storage 2^32 x bytes of memory 31 x 32-bit GPRs (R0 = 0) 32 x 32-bit FP regs (paired DP) HI, LO, PC 2.2 寻址技术 1980年以来几乎所有机器的存储器都是按字节编址的 ISA设计要关注两个问题： 8bits－字节， 16bits-半字，32bits －字， 64bits －双字 如何读32位字，两种方案 每次一个字节，四次完成 每次一个字，一次完成 问题： （1）如何将字节地址映射到字地址 （2）一个字是否可以存放在任何字节边界上 即尾端（Endian)和对齐问题 尾端问题 little endian ,big endian ,在一个字内部的字节顺序问题，如地址xxx00指定了一个字（int）,存储器连续存放ffff0000;则在两种情况下， Little endian 方式下xxx00位置是字的最低字节，整数值为0000ffff, Intel 80x86, DEC Vax, DEC Alpha (Windows NT) Big endian 方式下xxx00位置是字的最高字节，整数值为ffff0000, IBM 360/370, Motorola 68k, MIPS, Sparc, HP PA 对齐问题 对一个s字节的对象访问，地址为A，如果Amod s =0 那么它就是边界对齐的。 边界对齐的原因是存储器本身读写的要求，存储器本身读写通常就是边界对齐的，对于不是边界对齐的访问可能要导致存储器的两次访问，然后再拼接出所需要的数。 还有一个问题就是寄存器中的对字节或半字的访问，对存储器访问时要求不影响其他的字节，因此也存在一个对齐拼接的问题。 寻址方式 各种寻址方式的使用情况? (忽略寄存器直接寻址) 偏移量字段大小的使用情况 立即数大小? 寻址方式小结 2.3 指令格式 指令格式选择策略 指令格式 MIPS 寻址方式/指令格式 2.4 操作数的类型、表示和大小 操作数类型和操作数表示也是软硬件的主要界面之一。 操作数类型：是面向应用、面向软件系统所处理的各种数据结构。 整型、浮点型、字符、字符串、向量类型等、十进制 类型由操作码确定或数据附加硬件解释的标记，一般采用由操作码确定 操作数的表示：硬件结构能够识别，指令系统可以直接调用的结构 整型：原码、反码、补码 浮点：IEEE 754标准 十进制：BCD码，二进制十进制表示 操作数的大小 2.5 指令集结构的功能设计 CISC计算机指令集结构的功能设计 RISC计算机指令结构的功能设计 控制类指令 典型操作类型 (ISA到底应该支持哪些操作) ISA对操作类型的选择 需考虑的因素：速度、价格和灵活性 基本要求：