?2022年10月自考02325計算機系統(tǒng)結(jié)構考前復習資料二

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2022年10月自考02325計算機系統(tǒng)結(jié)構考前復習資料二

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

一、指令系統(tǒng)的設計（領會）

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

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

那么指令系統(tǒng)的設計要做什么？ 就是要確定它的指令格式（就是指令有多少位長，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)的訪問方式（一個指令要訪問數(shù)據(jù)，是按其地址訪問還是按內(nèi)容訪問等也要由指令設計來解決）。

我們知道，由多條指令構成的程序是要以二進制的形式放到存儲器中的，早期的存儲器很昂貴，因此導致指令設計者盡量增強一條指令的復雜性以減少程序的長度。還用微程序（就是保存在專用的存儲器中的一小段程序，運行時只要用一條指令來啟動它就可用來代替好多條指令） 來改進代碼密度。這樣的設計傾向形成了一種傳統(tǒng)的指令設計風格，即認為計算機系統(tǒng)性能的提高主要依靠增加指令復雜性及其功能來獲取。這就是稱為復雜指令系統(tǒng)（CISC）的設計風格。我們現(xiàn)在用的PC機多是用這種設計風格的指令系統(tǒng)，比如MMX多媒體擴展指令等，都是增加進去的指令，是復雜指令。

后來，通過測試，這種不斷增加指令復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)實現(xiàn)更困難和費時。所以在70年代中期又出現(xiàn)了另一種稱為"簡化指令系統(tǒng)（RISC）"的設計風格。它的基本思想是，簡單的指令能執(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)在設計時，應特別注意的是如何能使編譯系統(tǒng)高效、簡易地將源程序翻譯成目標代碼。這就是指令系統(tǒng)的設計原則。為了達到這個目的，在設計時應注意：正交性、規(guī)整性、可擴充性、對稱性。（請對照課本加以理解）

二、操作數(shù)訪問（尋址）方式（識記）

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

計算機中的兩個地址概念一個是邏輯地址、一個是物理地址，前者為虛，后者是實，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

對存儲器這一存儲部位編址（領會），絕大多數(shù)計算機將字節(jié)作為最小訪問單位（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".比如要訪問一個字（32位4字節(jié)）的時候，要求一次寫入4個字節(jié)的數(shù)據(jù)，而存儲器最小訪問單位是1個字節(jié)，那么就需要把這"字"分成4段存入4個單元中。如果確定把這個"字"的最低有效位的字節(jié)（最右邊的一段）是存儲器地址末位為"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。

訪問方式可按面向?qū)ο蠛蛯ぶ贩绞絹韰^(qū)分：前者可分為面向寄存器、面向存儲器、面向堆棧的訪問方式。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)容即是一個可用的數(shù)絕對方式 指令中給出一個地址，訪問該地址得到操作數(shù)寄存器方式 訪問某個寄存器中給出的地址，由地址訪問到操作數(shù)寄存器間接訪問某個寄存器，由這個寄存器中的內(nèi)容找到另一寄存器，由給出的地址取得操作數(shù)存儲器間接訪問存儲器中某單元，得到另一地址，再訪問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計算機中，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機中，只選擇那些使用頻率高的尋址方式，如相對于寄存器尋址或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)容訪問方式時，并不提供要訪問的存儲單元地址，而是給出要訪問的內(nèi)容（很像是查詢）。因此存儲器的結(jié)構形式要作相應變化。為了加快訪問速度，必須采用并行方式，相應的存儲器就稱為聯(lián)想存儲器。請對照課本第49頁，對聯(lián)想存儲器的基本結(jié)構和其訪問方法進行理解和領會。

實用的聯(lián)想存儲器，一般除有按內(nèi)容訪問能力外，還有按地址訪問能力。

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