二章指令系统.pptVIP

由此可以得到7条指令的编码分别如下： 指令 出现的频率 编 码 1 35% 00 2 25% 01 3 20% 10 4 10% 110 5 5% 1110 6 3% 11110 7 2% 11111 这样，采用Huffman编码法得到的操作码的平均长度为： H = 2×(0.35+0.25+0.20) + 3×0.10 + 4 ×0.05+ 5×(0.03 + 0.02) =1.6+0.3+0.2+0.25 =2.35 ? 三条指令的操作码分别为00，01，10 设计16位字长的寄存器-存储器型变址寻址方式指令如下： 4 3 1 8 （2）设计8位字长的寄存器-寄存器型变址寻址方式指令如下，因为只有8个通用寄存器，所以寄存器地址需3位，操作码只有两位，设计格式如下： 2 3 3 操作码OP 源寄存器R1 目的寄存器R2 操作码OP 通用寄存器 变址寄存器 偏移地址 四条指令的操作码分别为1100， 1101，1110，1111 2.4.3 精简指令系统计算机RISC 1. 复杂指令系统计算机CISC (Complex Instruction Set Computer) 增强指令功能，设置功能复杂的指令。 面向目标代码、高级语言和操作系统。 用一条指令代替一串指令。 2. 精简指令系统计算机RISC (Reduced Instruction Set Computer) 只保留功能简单的指令。 功能较复杂的指令用子程序来实现。 ISA (Instruction Set Architecture) (Industrial Standard Architecture) CISC的特点 庞大的指令系统 原因： 硬件成本下降、软件成本上升。 系统向上兼容。 微程序技术的发展。 采用了可变长的指令格式 为了缩短指令字长，同时增大存储器寻址范围，出现了多种寻址方式，出现了可变字长的指令格式。 指令使用的寻址方式繁多 指令系统中包括了一些用于特殊用途的指令 复杂的指令系统，增加了微处理器的复杂性，使微处理器研制时间长、成本高，降低了机器的速度。 从CISC到RISC CISC指令系统存在的问题：1、20％与80％规律 CISC中，使用频度约20％的指令占据了80％的处理机时间，而使用频度80％的指令只占20％的处理机运行时间 2、VLSI技术的发展引起的问题 VLSI工艺要求规整性RISC正好适应了VLSI工艺的要求 主存与控存的速度相当简单指令没有必要用微程序实现，复杂指令用微程序实现与用简单指令组成的子程序实现没有多大区别；由于VLSI的集成度迅速提高，使得生产单芯片处理机成为可能。 3、软硬件的功能分配问题 复杂的指令使指令的执行周期大大加长 一般CISC处理机的指令平均执行周期都在4以上，有些在10以上。 CISC增强了指令系统功能，简化了软件，但硬件复杂了 1981年Patterson等人研制了32位RISC I微处理器，共31种指令，3种数据类型，2种寻址方式；研制周期10个月，比当时最先进的MC68000和Z8002快3至4倍；1983年又研制了RISC II，指令种类扩充到39种，使用单一的变址寻址方式，通用寄存器138个。 * 第二章 指令系统 2.3 指令格式的优化设计 指令格式的优化是指如何用最短的二进制位数表示指令的操作码信息和地址码信息，使指令的平均字长最短，同时便于译码。 指令的组成 操作码 地址码 指令的操作种类。 所用操作数数据类型。 操作数地址。 地址附加信息。 寻址方式。 指令格式的优化设计目标： 使程序中指令的平均字长最短，节省程序的存储空间。 指令格式要规整，减少硬件译码的复杂程度。 操作码的优化表示 操作码的表示方法： 固定长度操作码。 Huffman编码法。 扩展编码法。 一、固定长度操作码 采用等长操作码。 若指令系统共有N种不同功能的指令，则指令系统中的所有指令的操作码长度固定为[lbN]位。 特点： 长度规整，有利于硬件设计，减少指令译码时间。 信息冗余。 例：假设一台模型计算机共有7种不同的操作码，已知各种操作码在程序中出现的概率如下表，利用固定长度编码法进行操作码编码。 指令 I1 概率 0.45 I2 0.30 I3 0.15 I4 0.05 I5 0.03 I6 0.