?2022年10月自考02325計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)考前復(fù)習(xí)資料二

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2022年10月自考02325計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)考前復(fù)習(xí)資料二

指令系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)外特性的重要內(nèi)容，本章主要介紹了兩種不同風(fēng)格的指令系統(tǒng)：RISC和CISC.在學(xué)習(xí)這兩種指令系統(tǒng)之前，我們先了解一下什么是指令系統(tǒng)。

一、指令系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（領(lǐng)會(huì)）

指令系統(tǒng)是指機(jī)器所具有的全部指令的集合。它反映了計(jì)算機(jī)所擁有的基本功能。它是機(jī)器語(yǔ)言程序員所看到的機(jī)器的主要屬性之一。

通常我們說(shuō)的加法指令、傳輸數(shù)據(jù)指令等等就是計(jì)算機(jī)的指令，這些指令就是告訴計(jì)算機(jī)從事某一特殊運(yùn)算的代碼，一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)確定的這些指令的集合我們就說(shuō)它是這種機(jī)器的指令系統(tǒng)。

那么指令系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要做什么？ 就是要確定它的指令格式（就是指令有多少位長(zhǎng)，哪幾位表示地址，哪幾位表示操作等）、類型（如堆棧型、寄存器型等分類）、操作（比如運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送啊什么的都是指令中要確定的操作）以及操作數(shù)的訪問(wèn)方式（一個(gè)指令要訪問(wèn)數(shù)據(jù)，是按其地址訪問(wèn)還是按內(nèi)容訪問(wèn)等也要由指令設(shè)計(jì)來(lái)解決）。

我們知道，由多條指令構(gòu)成的程序是要以二進(jìn)制的形式放到存儲(chǔ)器中的，早期的存儲(chǔ)器很昂貴，因此導(dǎo)致指令設(shè)計(jì)者盡量增強(qiáng)一條指令的復(fù)雜性以減少程序的長(zhǎng)度。還用微程序（就是保存在專用的存儲(chǔ)器中的一小段程序，運(yùn)行時(shí)只要用一條指令來(lái)啟動(dòng)它就可用來(lái)代替好多條指令） 來(lái)改進(jìn)代碼密度。這樣的設(shè)計(jì)傾向形成了一種傳統(tǒng)的指令設(shè)計(jì)風(fēng)格，即認(rèn)為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能的提高主要依靠增加指令復(fù)雜性及其功能來(lái)獲取。這就是稱為復(fù)雜指令系統(tǒng)（CISC）的設(shè)計(jì)風(fēng)格。我們現(xiàn)在用的PC機(jī)多是用這種設(shè)計(jì)風(fēng)格的指令系統(tǒng)，比如MMX多媒體擴(kuò)展指令等，都是增加進(jìn)去的指令，是復(fù)雜指令。

后來(lái)，通過(guò)測(cè)試，這種不斷增加指令復(fù)雜度的辦法并不能使系統(tǒng)性能得到很大提高，反倒使指令系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)更困難和費(fèi)時(shí)。所以在70年代中期又出現(xiàn)了另一種稱為"簡(jiǎn)化指令系統(tǒng)（RISC）"的設(shè)計(jì)風(fēng)格。它的基本思想是，簡(jiǎn)單的指令能執(zhí)行得更快以及指令系統(tǒng)只需由使且頻率高的指令組成。（插話）

指令系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)特別注意的是如何能使編譯系統(tǒng)高效、簡(jiǎn)易地將源程序翻譯成目標(biāo)代碼。這就是指令系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則。為了達(dá)到這個(gè)目的，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意：正交性、規(guī)整性、可擴(kuò)充性、對(duì)稱性。（請(qǐng)對(duì)照課本加以理解）

二、操作數(shù)訪問(wèn)（尋址）方式（識(shí)記）

指令中對(duì)操作數(shù)的訪問(wèn)方式，按訪問(wèn)手段可分為兩大類：常用的是按地址訪問(wèn)，另一類是按內(nèi)容訪問(wèn)方式。

計(jì)算機(jī)中的兩個(gè)地址概念一個(gè)是邏輯地址、一個(gè)是物理地址，前者為虛，后者是實(shí)，一般所討論的尋址方式是指邏輯地址的尋址方式。

地址的編址，通常有三種不同方式：（1）按各種部件分類編址；（2）統(tǒng)一編址；（3）隱式編址

對(duì)存儲(chǔ)器這一存儲(chǔ)部位編址（領(lǐng)會(huì)），絕大多數(shù)計(jì)算機(jī)將字節(jié)作為最小訪問(wèn)單位（注意，1字節(jié)=8位。1字=4字節(jié)。）這里我們要弄清什么是"大端排序"和"小端排序".比如要訪問(wèn)一個(gè)字（32位4字節(jié)）的時(shí)候，要求一次寫入4個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，而存儲(chǔ)器最小訪問(wèn)單位是1個(gè)字節(jié)，那么就需要把這"字"分成4段存入4個(gè)單元中。如果確定把這個(gè)"字"的最低有效位的字節(jié)（最右邊的一段）是存儲(chǔ)器地址末位為"0"中的內(nèi)容，最高有效位的字節(jié)（最左邊的一段）是地址末位為3的內(nèi)容，則我們稱之為小端排序（即訪問(wèn)字的最低有效位（小端）地址是按0、4……等順序排列的）；反之若將字的最高有效位的字節(jié)放在"0"、"4"等地址中，則稱之為大端排序。

訪問(wèn)方式可按面向?qū)ο蠛蛯ぶ贩绞絹?lái)區(qū)分：前者可分為面向寄存器、面向存儲(chǔ)器、面向堆棧的訪問(wèn)方式。后者可分為如下尋址方式：（了解一下即可）

立即數(shù) 指令中所帶的操作數(shù)內(nèi)容即是一個(gè)可用的數(shù)絕對(duì)方式 指令中給出一個(gè)地址，訪問(wèn)該地址得到操作數(shù)寄存器方式 訪問(wèn)某個(gè)寄存器中給出的地址，由地址訪問(wèn)到操作數(shù)寄存器間接訪問(wèn)某個(gè)寄存器，由這個(gè)寄存器中的內(nèi)容找到另一寄存器，由給出的地址取得操作數(shù)存儲(chǔ)器間接訪問(wèn)存儲(chǔ)器中某單元，得到另一地址，再訪問(wèn)到該地址取得操作數(shù)自增/自減將某寄存器中的數(shù)加上或減去操作操作數(shù)的字節(jié)數(shù)，找到地址變址方式 由寄存器中的數(shù)加上變址量得到地址…… ……

在CISC計(jì)算機(jī)中，使用頻率最高的是帶偏移的寄存器尋址方式，其次是直接量尋址，再就是寄存器間接尋址。在RISC機(jī)中，只選擇那些使用頻率高的尋址方式，如相對(duì)于寄存器尋址或PC的偏移尋址、立即數(shù)尋址以及基址加變址尋址等。

按內(nèi)容訪問(wèn)方式時(shí)，并不提供要訪問(wèn)的存儲(chǔ)單元地址，而是給出要訪問(wèn)的內(nèi)容（很像是查詢）。因此存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)形式要作相應(yīng)變化。為了加快訪問(wèn)速度，必須采用并行方式，相應(yīng)的存儲(chǔ)器就稱為聯(lián)想存儲(chǔ)器。請(qǐng)對(duì)照課本第49頁(yè)，對(duì)聯(lián)想存儲(chǔ)器的基本結(jié)構(gòu)和其訪問(wèn)方法進(jìn)行理解和領(lǐng)會(huì)。

實(shí)用的聯(lián)想存儲(chǔ)器，一般除有按內(nèi)容訪問(wèn)能力外，還有按地址訪問(wèn)能力。

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