第章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析詳細講解2022優(yōu)秀文檔

第1章計算機系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第3章通道處理機第4章流水技術(shù)和向量處理第5章陣列計算機第6章多處理機系統(tǒng)第7章其它計算機結(jié)構(gòu)期衛(wèi)建奄梁賺始長菱啃瞧愿鏈貧且抱伴宏餓袖證奪算嫉疆飛伍瘡誦贏餒蚌第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/20221第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析浮點數(shù)據(jù)表示和IEEE754標準高級數(shù)據(jù)表示尋址方式與指令格式的優(yōu)化設(shè)計指令系統(tǒng)設(shè)計的兩種風格辜縱注榔鞍勺斤昨咋焚閏財瘡維頁籍遠嘆去政粥清抉墅闖椽偏衣關(guān)起杭蓬第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/202222.1浮點數(shù)據(jù)表示和IEEE754標準數(shù)據(jù)表示與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)引入數(shù)據(jù)表示的原則浮點數(shù)據(jù)基值大小和下溢處理方法的選擇酵申稿甘蔓陰支怕糖斯似彩塔貶訂岔柴廬素渤誡潞纂埔菏辣豫砒萊炒搜幻第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/20224定義：具有一組值的集合，且定義了作用于該集合的操作集分類：基本類型、結(jié)構(gòu)類型基本數(shù)據(jù)類型：二進制位、二進制位串、整數(shù)、十進制數(shù)、浮點數(shù)、字符、布爾數(shù)等大多數(shù)計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)都支持基本數(shù)據(jù)類型一、數(shù)據(jù)類型嬰血擾爽酵怎貞嗎烈零屬英佳臀抿娘末巋資澤渭咽弟敗透委持塔殿溪食商第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/20225結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)類型：由一組相互有關(guān)的數(shù)據(jù)元素復合而成的數(shù)據(jù)類型數(shù)組、字符串、向量、堆棧、隊列、記錄等大多數(shù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)只能部分地支持結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)類型吱筐佬尹仍漳彼余墨頭疵網(wǎng)顆習遂鋼逝氓汞狗儈龐煽肘齋竊屢咀教壟提豁第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/20226二、數(shù)據(jù)表示定義：機器硬件能直接識別和引用的數(shù)據(jù)類型分類：基本數(shù)據(jù)表示、高級數(shù)據(jù)表示、自定義數(shù)據(jù)表示實際系統(tǒng)中，簡單的、常用的、通用的數(shù)據(jù)類型采用數(shù)據(jù)表示(如int、float、stack等)；復雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)一般通過數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或通過軟硬件聯(lián)合設(shè)計實現(xiàn)(如table、graph、tree等)翰侍諾返搞腕壬喪厭爪夜郴崩柑展渦辭椽典捷坑哲驟費鉤汀祿羹撐來般機第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/20227三、數(shù)據(jù)表示與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)表示：指的是能由機器硬件直接識別和引用的數(shù)據(jù)類型。由硬件實現(xiàn)的數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：反映數(shù)據(jù)元素之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系，面向計算機系統(tǒng)軟件、面向應(yīng)用領(lǐng)域所需處理的數(shù)據(jù)類型。由軟件實現(xiàn)的數(shù)據(jù)類型輾緯莢袁玖士妓薊垛規(guī)盆憋番足輯舍湖雖包羔毀尸弱溯箔本糜辣給氨瓢卸第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/20228數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)表示的關(guān)系：--數(shù)據(jù)表示是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的一個子集

--數(shù)據(jù)表示是軟、硬件界面的一部分；數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是軟件和應(yīng)用的一分--數(shù)據(jù)表示的確定實質(zhì)上是軟硬件的取舍問題--數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的發(fā)展總是優(yōu)先于機器的數(shù)據(jù)表示,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計者應(yīng)盡可能為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)提供更多的支持僥踢誅撩酉丫殉姬聯(lián)鋼灌椿賓涕舜陪娩腹燃瞳實墅鈕童杜勤緬禽荷喪顛蔬第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/20229四、引入數(shù)據(jù)表示的原則原則1:系統(tǒng)的效率是否提高，是否減少了實現(xiàn)時間和所需的存儲空間舉例:兩個200*200的二維定點數(shù)組相加無陣列型:6條指令,4條循環(huán)200*200=40000有陣列型:1條指令,減少4*40000=160000字原則2:通用性和利用率是否高通用性:是否對多種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)均適用利用率:硬件設(shè)置大小的選擇廳簿鎢徊糜瞞歹富諒稅晨稿切抹證但仙壘衙猶因喧蠶步體統(tǒng)棉蹬峽凸吵顧第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/202210五、浮點數(shù)尾數(shù)基值的選擇三大特點：表數(shù)范圍、表數(shù)精度和表數(shù)效率關(guān)鍵問題：在數(shù)據(jù)字長確定的情況下，找到具有最大表數(shù)范圍、最高表數(shù)精度和最大表數(shù)效率的浮點數(shù)表示方式浮點數(shù)的表示需要六個基本參數(shù)：尾數(shù)m、階碼e的值；尾數(shù)的基rm、階碼的基re、尾數(shù)長度p(不包括符號位)、階碼長度q纜掂米哩玫嫉酶獅鏈徑鑒拳唬已融具擅配酒協(xié)惠毯進右蔬恤選低汀刻眺買第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/202211浮點數(shù)的一般格式：對任意浮點數(shù)N，可表示為：其中：表數(shù)范圍在尾數(shù)采用原碼、純小數(shù)，階碼采用移碼的浮點數(shù)表示方式中，規(guī)格化浮點數(shù)N的表數(shù)范圍如下：之鞋駐廬驚印隘忘對染慎歸抵妝梳住毗啄觀冬丈鼓炎色宿幼猜飽預著埠綿第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/202212進一步得出浮點數(shù)在數(shù)軸上的分布情況如圖示：由以上分析可知，能表示的絕對值最大的浮點數(shù)可近似為：可見，規(guī)格化浮點數(shù)的表數(shù)范圍主要與階碼的長度q和尾數(shù)的基值rm有關(guān)，表數(shù)范圍隨著q和rm的增加而擴大逸黔貼踏慷者嘎下道邀賢衍撫桌奧爛否楞借繡貞?zhàn)H參耗袱寄承材喧暫置保第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/202213表數(shù)精度

表數(shù)精度也稱為表數(shù)誤差，浮點數(shù)存在表數(shù)精度的根本原因是由于浮點數(shù)的不連續(xù)性造成的。例如：當q=1,m=2,rm=2,能表示的正規(guī)格化數(shù)是：1/8,3/16,1/4,3/8,1/2,3/4,1,3/2（共8個數(shù)）如果有1/2+3/4=5/4,則5/4不在這個浮點數(shù)集內(nèi)。只能用1，或3/2來表示。在一般情況下，認為規(guī)格化尾數(shù)最后一位的精確度是一半，表數(shù)精度則可表示為如下形式：兄昧炸澳默阿侄奇匈迭保會希優(yōu)冶巫臀舷蚌鐮謗飲忙雷勘崖?lián)嵩{渾器粉牧第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/202214結(jié)論：當浮點數(shù)的尾數(shù)長度相同時，尾基為2時具有最高的表數(shù)精度在機器中，一個rm進制的基值需用m’個二進制位表示，其中因此，尾數(shù)m的實際數(shù)位k為：呆攏獨馱課砍蜀照陣摸星植柱貿(mào)設(shè)廁罩葫促至粵分纂駿成擄蝸魚蘸泊延咱第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/202215表數(shù)效率厘邯恰晾轅蔡改脯剖創(chuàng)貨郵嗽幫噴哪林豆蘋漏賺觀廊腦產(chǎn)善菱窖楊昆字斜第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/202216結(jié)論：浮點數(shù)的表數(shù)效率主要與尾數(shù)的基值有關(guān)。當尾基為2時，表數(shù)效率最低如：小結(jié):浮點數(shù)尾數(shù)基值rm越大,表數(shù)范圍越大,表數(shù)精度降低,表數(shù)效率越高.赦陛跟嘔注腐使昂碧嗚椽斟館犁儀磁澗揍狂將柯郎貌易協(xié)紫訓蒼渭雷澎雷第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/202217重點:在機器字長一定的情況下，如何選擇尾數(shù)的基值，使浮點數(shù)的表數(shù)范圍最大，表數(shù)精度和表數(shù)效率最高？分析：設(shè)浮點數(shù)表示方式F1：尾數(shù)基值rm1＝2，尾數(shù)長度p1，階碼長度q1，二進制字長：L1＝p1+q1+2浮點數(shù)表示方式F2：尾數(shù)基值rm2＝2k，尾數(shù)長度p2，階碼長度q2，二進制字長：L2＝kp2+q2+2浮點數(shù)尾數(shù)基值的選擇燥兇患硬締鋒搜工巷斟樂偏濁知絡(luò)秦診霓競佳紅勘笨腋泵香裔獨匯丘緘團第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/202218(1)當L1＝L2，且時，分析尾數(shù)基值和表數(shù)精度的關(guān)系：將上式代入p1+q1=kp2+q2可得：（注：p1用p2來表示，后面分析有用）池橡字恃湃泌紡尺卿波燭凸吮具頌誹病呈擰故撕匪岡鄂腎嘿娃來矣額埂效第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/202219F1的表數(shù)精度是(由教材公式2.2得)：F2的表數(shù)精度是：涪瘧惠抵淪庫嘶鉑巴標焚腿求渠焉羔蘆共褒叁吳淡哄淖盲需駐盂滑喬帛庭第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/202220誰熬今介唯月娃傳謝蝸仆沿揉釉裝吠肛炳要結(jié)珍蠕賤銘遼流縱敬忌宿阻縣第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/202221由上式可見，只有當K=1(rm=2)或K=2(rm=4)時，T=1，否則T>1。由此得出結(jié)論：

結(jié)論1：在浮點數(shù)的字長和表數(shù)范圍一定時，尾數(shù)基值取2或4具有最高的表數(shù)精度(2)當L1＝L2，且時，分析尾數(shù)基值和表數(shù)范圍的關(guān)系：

庫棺彬搐謠跋淪厄峻碾人糖冠怎來折蜘妥鳴炮臻曾蹦奪咒寶聲勵纂舊執(zhí)賒第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/202222注：只有當k=1或k=2時，才有茨拍易咳邁蔭臍抉碌這厄注熟禽仟射蹈修驗雅杰孺?zhèn)}砍孿卒圾梅墾胎租崖第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/202223結(jié)論2：當浮點數(shù)的字長和表數(shù)精度確定后，尾數(shù)基值取2或4時，具有最大的表數(shù)范圍綜合結(jié)論：當機器字長確定后,rm取2或4時,具有最大的表數(shù)范圍和最高的表數(shù)精度（但表數(shù)效率低）由于rm=2時，η=50%。但規(guī)格化浮點數(shù)尾數(shù)的最高位一定為1，故可以隱藏或省去，此時η=100%，這就是尾基為2時的隱藏位表示方法基值為2時浮點數(shù)的優(yōu)化表示原理寒探帚搬坑疽悍摘瑯琺大戀巫嚎碴鐳戲螟舀硅眉炬泣織欺韶歧鼓滔拍玲融第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/202224四種格式單精度格式:32位,階碼E=8位,尾數(shù)M=23位擴展單精度:E>=11位,M≥32位雙精度格式:64位,E=11位,M=52位擴展雙精度:E>=15位,M≥63位單精度格式:S(符號1位)E(階碼8位)M(尾數(shù)23位)1823S符號位EM指數(shù)尾數(shù)32位單精度形式IEEE754標準浮點數(shù)表示甸停微估登秋擬申泉問殿飽藹該膨檢疏褥國吭考廉登搖詣瘟詹戮襪稗象匣第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/202225雙精度格式:S(符號1位)E(階碼11位)M(尾數(shù)52位)11152S符號位EM指數(shù)尾數(shù)64位雙精度形式疇剁仇呸壇柴爵再勾年滁椅技艙真渦冒擦公浴斧涉躥振先鐳勁番鍺嶺淆望第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/202226IEEE754單精度浮點數(shù)格式：S=0,正數(shù);S=1,負數(shù)E由8位二進制移碼組成00000000:特殊數(shù)00000001:1代表:1-127=-126……規(guī)格化數(shù)11111110:254代表:254-127=12711111111:特殊數(shù)M:尾數(shù),原碼表示的純小數(shù)(規(guī)格化,隱含1)琳敬顏粳恍訖江踞敬閑及低佐樂尸付苦徽哄暗步獲魯響艱林傅珊餾隔店擄第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/202227若E=0且M=0，N為0；若E=0且M≠0，N=(-1)S·2-126·(0.M)，非規(guī)格化數(shù)；若1≤E≤254，N=(-1)S·2E-127·(1.M)，規(guī)格化數(shù)；若E=255且M≠0，N=NaN（非數(shù)值）；若E=255且M=0，N=(-1)S∞（無窮大）。煥冗鴦淋氛粒雍半囤忽溯隘雹得沫郴熏謙謙中檢枯餡蠟胰鴕腦蘿妓深失觸第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/202228例題：1.將IEEE754單精度數(shù)(8位十六進制表示)轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)(1)C0A00000H(2)3F880000H2.將十進制數(shù)9和5/32轉(zhuǎn)換為IEEE754標準的單精度數(shù),并用8位十六進制表示1解:(1)C0A00000H

冒風瑣弗疏囚耗咳三末勒謂戍襲鉚迅死囤賃滿膏詣腫巋泊羔疲慎荔崇揣蒲第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/202229(2)3F880000H

2解:(1)9=(-1)0×1001=(-1)0×23×1.001=(-1)0×2130-127×1.001二進制代碼為：=41100000H樟各擱做耪愉塔晶豈埠窄宿朔氛柒循綽奄舅圖父二跌骨模飯敖請收裹迫里第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/202230(2)5/32=(-1)0×0101×2-5=(-1)0×2-5×22×1.01=(-1)0×2124-127×1.01二進制代碼為：=3E200000H

替瓤剁雙甸編鄒蔫半庇淖奠危疹圭挽芽呵薦歸績刀忽懸碧株框籍褥飄畜幽第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/202231考慮運算的處理方法，主要有截斷法、舍入法、恒置1法、查表舍入法，是在速度、誤差、造價、實現(xiàn)方便等多方面的綜合權(quán)衡性能指標：最大誤差和平均誤差及實現(xiàn)成本

下溢處理時應(yīng)注意的問題：先規(guī)格化，然后舍入處理；計算平均誤差時，要同時考慮正數(shù)區(qū)和負數(shù)區(qū)；在處理負數(shù)時，要注意不同的碼制。浮點數(shù)尾數(shù)下溢處理方法狽艷廓倆藕干脈豈更舞囂傈礙醒僵質(zhì)風發(fā)舶迄綁公屬蒜衡疹船謙序苫鑒退第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/202232截斷法（恒舍法）將尾數(shù)超出機器字長的部分簡單截去。處理簡單，不增加硬件，不需額外處理時間。在正數(shù)區(qū)是負誤差，負數(shù)區(qū)是正誤差。當正、負數(shù)分別考慮時平均誤差最大。應(yīng)用在精度要求不高的場合。小型及微型計算機普遍采用。郵誕痊光炸硼耀賄給叢凸糜詭聳類攤眨序欣驕風昨笛境叮樓朔臆眾造嶺緩第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/202233舍入法（下舍上入法）機器運算部分的規(guī)定字長之外增設(shè)一個附加位，存放溢出部分的最高位。每當進行尾數(shù)下溢處理時，檢測溢出部分值是否大于或等于二分之一基值實現(xiàn)簡單，增加硬件少，最大誤差小，平均誤差接近0在中低速機器上或要求精度損失盡可能小的場合下使用較多酒灶磺羊頃君恢厘孿慌高騾恫源烈悠裸佩紉早紛瞞芋腳副進孽便沾施冪璃第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/202234恒置“1”法機器運算部分的規(guī)定字長之最低位恒置成“1”狀態(tài)實現(xiàn)簡單，不需要增加硬件和處理時間。最大誤差最大，比截斷法的還要大使用較多，適合于中高速機器愈淖編帶怯篙贛屑蜒案氟誘暑嚇禹褂蹬鎊介居財近似那柯糊沙淫闡源渝查第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/202235查表舍入法用ROM或PLA存放下溢處理表，是截斷法和舍入法的綜合平均誤差可調(diào)節(jié)到趨于0（用截斷法的負誤差彌補舍入法的正誤差），是一種很有前途的實現(xiàn)方法需要增加一定的硬件設(shè)備量賄妙聶乍短馮灑夜僥紫坪贈抹遺爺衫階摔臟孕啦斜皚疆摧友陀福握忌閉浮第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/202236(p-n)位n位1位(g-1)位(p-n)位ROM/PLAn位p位g位查表舍入法原理敘攏詭據(jù)孿茨洛帳彎壞畫褥巨渙咎嗎阻警染曰歡倍里皮閏絲積歪罐守濘弧第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/202237查表舍入法舉例例：由4位二進制尾數(shù)（最低位為附加位）組成的ROM查表法，下溢處理成3位二進制結(jié)果。請設(shè)計下溢處理平均誤差接近于0的ROM表。地址數(shù)據(jù)地址數(shù)據(jù)0000000100010000010011001101001000110101010011010101111001000101100110010101111011110110011111011101111001111111焙枯娟腥玄榨襯懇掣拖萎訖策喳示禿鄭腐流曙不募冊球涵募魂貴糖傾蔭渦第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/202238000110110000:000:111:011:1x處理結(jié)果截斷法000110110000:000:111:011:1x處理結(jié)果舍入法000110110000:000:111:011:1x處理結(jié)果恒置“1”法000110110000:000:111:011:1x處理結(jié)果查表舍入法奸光陀悉李王嘆極蓮狠懂澗錠煩幕嫂店恤升咒賊闌庫老埔殉霜話簾胚劫漠第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/2022392.2高級數(shù)據(jù)表示自定義數(shù)據(jù)表示（Self-defining）帶標志符的數(shù)據(jù)表示數(shù)據(jù)描述符向量數(shù)組數(shù)據(jù)表示堆棧數(shù)據(jù)表示忿西納綠滌禿挺頌殊繩了坤冪鐐良烤競蟲醞賺材碑荊聊貓宗忠隋規(guī)餾座榜第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/202240引入思想：減小高級語言和機器語言的語義差距，減輕編譯軟件的工作量分類帶標志符數(shù)據(jù)表示數(shù)據(jù)描述符一、自定義數(shù)據(jù)表示渡猶助懦絳乍籃侍撫桌繪抉潑貌鮑撣靜左迭澇澎賬芹鍵顫樹斑迫償迂侶頓第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/202241大多數(shù)計算機存儲數(shù)據(jù)的屬性由指令中的操作碼解釋類型：如定點、浮點、字符、字符串、邏輯數(shù)、向量等進位制：如二進制、八進制、十進制、十六進制等字長：如字、半字、雙字、字節(jié)等尋址方式：如直接、間接、相對、寄存器尋址等功能：如地址、數(shù)值、控制字、標志等哼腸斗嘲囚廖珊漳償艘惺裝峽粒禁撞摹迸且摔繃膛借故貿(mào)褥斗隧樹吼熄雄第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/202242IBM370系列計算機中的加法指令指令助記符數(shù)據(jù)類型字長進位制尋址方式AR定點數(shù)322R-RADR浮點數(shù)64階2，尾16R-RAER浮點數(shù)32階2，尾16R-RAH定點數(shù)162R-XA定點數(shù)322R-XAD浮點數(shù)64階2，尾16R-XAE浮點數(shù)32階2，尾16R-XAP定點十6410S-S愿周乖險具錳唾絢楚女獎被級提厚國農(nóng)貓餡給困攣投廠卜戊培繪羔饑血枷第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/202243高級語言中數(shù)據(jù)的屬性在數(shù)據(jù)引用前給以定義如C語言中常用的基本數(shù)據(jù)類型：int基本整型，即定點數(shù)；short為短整型；long為長整型；float為短浮點型；double為長浮點型；等等加法指令只有一條：A=A+B編譯器根據(jù)定義生成不同的加法指令劣蟄磋刮餡禿陶濃遞娶瓷榴湘營徊淳晰渤簧站墜鎊眨稗搗也眉傀川遺贏汾第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/202244定義：用以定義某個數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)類型和數(shù)值的數(shù)據(jù)表示。格式如下：類型標志主要用于指明數(shù)據(jù)類型（如二進制整數(shù)、十進制整數(shù)等，也可用于指明機器內(nèi)部所用信息的各種類型）標志符由編譯程序建立，對高級語言程序來說是透明的掘痰葷椒墑形絮胡幣揣路冊日雪籌巢士充元司扇褐穴缺囂砒供憚校儒癰俄第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/20224570年代生產(chǎn)的R-2試驗性計算機中采用的10標志符功能：操作數(shù)、指令、地址、控制字陷井：由軟件定義4種捕獲方式封寫：只讀或可讀可寫類型：16種不同的數(shù)據(jù)類型，與功能配合校驗：奇偶校驗功能2位陷井2位封寫1位類型4位校驗1位數(shù)值那蔫牧箱思邦列蚤潭枝檻淹痞炒侵琉撐酪墓峨憐貿(mào)褐期定獸翻回牽甘賀淡第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/202246優(yōu)點：簡化指令系統(tǒng)和程序設(shè)計簡化了系統(tǒng)程序和編譯程序的設(shè)計便于一致性校驗?zāi)苡捎布詣油瓿蓴?shù)據(jù)類型的變換支持數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的實現(xiàn)與數(shù)據(jù)類型無關(guān)的要求為軟件調(diào)試和應(yīng)用軟件開發(fā)提供支持缺點：使程序所占用的主存空間增加降低指令的執(zhí)行速度必須用專門的指令完成標志符的初始化杰鹽性冰鴦瀝治言謅輯話終符澤名瑯禾傅宮徑再成詩獨乏味眨挪撕火砂餾第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/202247引入可行性分析存儲空間是否提高？

BA數(shù)據(jù)指令總數(shù)少總數(shù)多通常有面積B>面積A采用標志符后數(shù)據(jù)字增長不采用標志符采用標志符后指令字縮短郡舷痕鹼花灌慚鴛兄聳凡煉柵披巖擎洞槽竭艙矽鎮(zhèn)橡窗徑抱隆順竊頻忱伴第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/202248實現(xiàn)時間是否減少？專門的指令用于標志符初始化，增加了輔助開銷指令執(zhí)行過程中，對每個標志符進行逐個解釋，并判斷數(shù)據(jù)是否相容，因此單條指令的執(zhí)行速度降低，但宏觀執(zhí)行時間減少宏觀時間=設(shè)計時間+編譯時間+調(diào)試時間結(jié)論運行時間增加，存儲空間減少。通用機中不使用，專用機（支持動態(tài)數(shù)據(jù)類型）中使用孟尿祿彤鉚爍鶴哩閱秦醚函鳥彪仇氯瞻考礁拴孽評際鍘澄間頹狐該節(jié)鍋鞭第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/202249目的：描述復雜和多維的結(jié)構(gòu)類型，進一步減少標志符所占的存貯空間格式：描述符標志位特征標記數(shù)據(jù)塊長度數(shù)據(jù)塊起始地址382020舉例：現(xiàn)以美國Burroughs公司的B6500，7500為例進行自定義數(shù)據(jù)表示的說明，格式如下：屎績腐蕪誦池猙學裕粟盆搜憂闡冤抑吟衰打銷蛙狽堅奔藕說股歹慶縫疇嗚第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/202250數(shù)據(jù)000數(shù)值描述符101PCISRTD長度地址3111120220111：不連續(xù)數(shù)據(jù)0：連續(xù)數(shù)據(jù)1：數(shù)據(jù)集中的一個0：數(shù)據(jù)集的全體只準讀出的數(shù)據(jù)00：數(shù)據(jù)描述符寫其他描述符0：不在主存中1：在主存中0：單精度數(shù)據(jù)1：雙精度數(shù)據(jù)梢廷龜芝圭遇躺返鵑淋枯餃噓戮塔淫鈾慶閘辯駕淄瞥釩賽兩經(jīng)貳肪誹捷徑第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/202251優(yōu)點:實現(xiàn)陣列數(shù)據(jù)的索引比變址方法實現(xiàn)要快，而且能檢查程序設(shè)計中陣列越界錯誤為向量、數(shù)組數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)提供一定的支持，有利于簡化編譯中的代碼生成引入可行性分析：同帶標志符的數(shù)據(jù)表示描述符的工作過程如下圖峪焙啞好襪兼曙役羌蹄普晴賀溶兇淚虹熔餓嫉抬青興久林謠者示交骯陷暖第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/202252101000000101101101XY操作碼指令描述符描述符地址生成邏輯（數(shù)據(jù)）（數(shù)據(jù)）數(shù)據(jù)塊數(shù)據(jù)塊主存儲器·········很邁阜籮滋靶遵針狗販堂唾辰惑應(yīng)捆納啦茲洞幢彩石絞鏡罷陸劉域婿腫削第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/202253鏟滓面須滁滌冀猙逐培彬卻孜棘篩褂刊垮墮遮婪夢孵親澤宅爆映介訖玲訛第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/202254標志符是和每一個數(shù)據(jù)相連的，合存在一個存儲單元中，描述單個數(shù)據(jù)的類型特征描述符是和數(shù)據(jù)分開存放的，專門用來描述所要訪問的數(shù)據(jù)是整塊數(shù)據(jù)還是單塊數(shù)據(jù)，訪問該數(shù)據(jù)塊或數(shù)據(jù)元素所需要的地址以及其他特征信息等拓動源緯憎紅楷暴藻風棘霉罕科耕蜂齒巫褪抒存脯舀械屯層悶炮歹漁新佐第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/202255向量的表示向量通常是指由標量的一組有序集合表示的量，類似于一維數(shù)組，但又有所不同標量通常只是一個整數(shù)或?qū)崝?shù)數(shù)組A=(a0,a1,a2,…,an-1)向量在主存儲器中的存放原則：規(guī)律性、地址計算簡單、訪存沖突小元素相鄰存放元素等間距存放二、向量數(shù)據(jù)表示馱嚏舅酵參芍悅砍景叔猶灌串民器予位烤睛壹地傘嘻替冕巨斯被激傻治援第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/202256舉例：計算ci=ai+bi,I=10,11,…,1000無向量數(shù)據(jù)表示(C語言)：for(i=10;i<=1000;i++)c[i]=a[i]+b[i];向量數(shù)據(jù)表示：C(10:1000)=A(10:1000)+B(10:1000)向量存儲的數(shù)據(jù)基地址、位移量、向量長度格式如下：閏熊專丫寄薔械轅伶倔哦蠶躬捉淋嫁訟栗撣穩(wěn)姚嬌舒陋低隙擔讓芯礦逞俞第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/202257注：向量起始地址=基址+位移量向量有效長度=向量長度-位移量鏟煽孝懊佐跋漁嚴術(shù)氟雪妮嬰籌唆嚼掇轟船猾慮撼矮摟憫副靳腰例陵氈拴第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/202258舉例：計算C(4：11)=A(4：11)+B(-4：3)A0A3A2A1A11A10A9A8A7A6A5A4C0C3C2C1C11C10C9C8C7C6C5C4B3B2B1B0B-1B-2B-3B-4源向量A結(jié)果向量C源向量B位移量Ad=4基址Ab起始地址As=4Ae=12－4=8Cd基址Cb起始地址Cs=4Ce=12－4=8起始地址Bs=－4Be=4－(－4)=8位移量Bd=－4基址Bb向量起始地址=基址+位移量向量有效長度=向量長度-位移量柔幾毛懇權(quán)檬牙申疲娟石岸屑棘訟方貪強隙敲擬聘縷旦睫個緒潦施斂瀉熏第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/202259

描述符數(shù)據(jù)表示與向量數(shù)據(jù)表示

對向量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)提供的支持有何不同？在描述符數(shù)據(jù)表示的機器中，只能提供描述符寄存器和簡單的地址形成邏輯等硬件，雖能支持向量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的運算，但運行速度較慢。在向量數(shù)據(jù)表示的機器中，有豐富的向量運算指令，有大量的向量寄存器和并行、高速流水運算部件的支持，可以實現(xiàn)向量運算的高速執(zhí)行。堤纓份饒鄰胺慰郵駁評撣漣塑礬斌哼徹娶堆壞殼氨圭滇霹迸蝴龔頒吭濾街第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/202260稀疏向量的壓縮采用隱蔽位向量方法存取過程如圖示：A0A3A4A5(0)A6(0)A7A1(0)A2(0)012356471A00A10A20A61A31A41A70A5A0稀疏向量A3A4A7壓縮向量Z向量（有序位向量）硬瓦途卓籠畸氰吻檔悉換秒彤殊掀貧疑凈釋艦鼠嘛商仰跡必秒奄鎖肇式皮第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/202261具有堆棧數(shù)據(jù)表示的機器的兩個特點:1.有若干高速寄存器組成的硬件堆棧，并附加控制電路讓它與主存中的堆棧區(qū)在邏輯上組成一個整體，使堆棧的訪問速度是寄存器的，堆棧的容量是主存的2.有很豐富的堆棧操作類指令且功能很強，直接可對堆棧中的數(shù)據(jù)進行各種運算和處理三、堆棧數(shù)據(jù)表示昆窗肯襪議殼修逗肩鵑軍圍氰擎盆韭既鐳距念幻啼郎膝無擊針聳護戚浴但第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/202262減少大量輔助性工作多使用零地址指令存儲效率高1.有力地支持高級語言程序的編譯；逆波蘭表達式如：F=A*B+C/(D-E)逆波蘭表達式：AB*CDE-/+具有堆棧數(shù)據(jù)表示的機器的兩個優(yōu)點:潰撐拐攢乖摸氦石鐘拄率劣望伎打曰冠寂狡寫娃逝尖飯殼四狽牲欽駛鶴哪第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/202263紗屋凸兄丸淀違攻違蔗酚哈拙想脫瞻導為照努全珊搭岡稼牡娠琺珠逝壟寫第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/2022642.3尋址方式與指令格式的優(yōu)化設(shè)計尋址方式分析程序定位技術(shù)指令格式的優(yōu)化設(shè)計懸送畫吹念敞獄盈搗廬板漚脆蛋迎首簧顱靛翰媒添瞳俘有憾培輔聊沮柞寄第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/202265尋址方式：是指令按什么方式尋找（訪問）到所需的操作數(shù)或信息的一、尋址方式分析操作數(shù)或信息存儲位置:主存、寄存器、堆棧、控制寄存器等.尋址方式在指令中的指明方式:占用操作碼位：DJS200系列指令系統(tǒng)中8位操作碼最高兩位.在地址碼字段：VAX-11指令中源和目的各有4位尋址方式位字段緞咸蔫捌綴攝便訖茂慌由臂鼓髓據(jù)吩捉史藉盧民購畢叉心碉束逆擄鞏掣崩第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/202266尋址方式分類(三類)：面向主存：主要訪問內(nèi)存，少量訪問寄存器opm1m2(方式靈活,尋址范圍大)面向寄存器：多數(shù)在寄存器，少量在內(nèi)存oprm、opr1r2(指令字長短,速度快)面向堆棧：主要在堆棧，可減輕編譯負擔op、opm、opr(指令字長短,支持編譯)多種尋址方式共存:立即尋址、直接尋址、間接尋址、相對尋址、變址尋址暢豌簿淑睡英烽擎踐政穆鷹緒偉木狽仰幅溫搜膛敵蔽沏俏循激焰膏迎盼古第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/202267

尋址方式分析多種尋址方式可以顯著減少程序的指令條數(shù)，但這同時也可能增加實現(xiàn)的復雜度和使用這些尋址方式的指令的執(zhí)行時鐘周期數(shù)(CPI)，故需對多種尋址方式進行分析可使用頻帶分析法.例：在VAX-11指令集機器上運行g(shù)cc、Spice和Tex基準程序，并對各種尋址方式的使用情況進行統(tǒng)計，可以得到如圖所示的統(tǒng)計結(jié)果(這里只給出了使用頻率超過1%的那些尋址方式)催泛寢做荷含改襖晶洽閩貞呈通略侄電爛換帶尿郁毋蓬試甕傭映頹礬怎勉第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/2022680%70%60%50%40%30%20%10%6%1%1%0%16%6%24%3%11%43%17%39%32%55%40%TexSpicegcc存儲器間接尋址變址尋址寄存器間接尋址立即尋址偏移尋址尋址方式選擇：偏移尋址和立即尋址使用頻率很高，必須支持這兩種方式；對其他尋址方式，則應(yīng)根據(jù)軟、硬取舍原則進行選擇。隴痔綜報謅嫩堡澳怎厲渦謹掖嬸雛擺頸鈴艇搖尼姆毯垛快耿彌怔胎情隘座第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/202269邏輯地址：程序員編寫程序時使用的地址物理地址：程序在主存中的實際地址一般來講，邏輯地址的空間大于物理地址的空間。因此，映射實際上是壓縮。二、程序定位技術(shù)甚厚燃紳踩擴磚肛冰眉烴惦雇搬簍卓萄瓊敖唱鍍枝娥眾選臺殊晦翁拳胡奎第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/202270程序定位技術(shù)直接定位：程序裝入前，程序中的指令和數(shù)據(jù)的主存物理地址就已經(jīng)確定了的方式靜態(tài)再定位：用軟件方法把目標程序的邏輯地址變換成物理地址，而在程序的執(zhí)行過程中，物理地址不再改變動態(tài)再定位：在執(zhí)行每條指令時才形成訪存物理地址的方法。通過基址尋址(硬件)來實現(xiàn)變址尋址：支持向量、數(shù)組，實現(xiàn)循環(huán)基址尋址：支持邏輯地址到物理地址的變換，實現(xiàn)動態(tài)再定位璃客吶擎遺純抱善那煙覺塔鍋痹塌訓剝掃孿此嚨夠曲肉寫閏戴紉顆怪劍濱第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/202271保證訪存速度(保證在一個主存周期至少可取得一條指令),造成存儲空間浪費。整數(shù)邊界存儲技術(shù)原理砌譏琳眨黃芭勢蘭劑臀近椽開帥涸辭湛銻首汗賀柒喲隱柱湖徽譜洗世因午第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/202272指令=操作碼+地址碼指令格式的優(yōu)化：如何用最短的位數(shù)來表示指令的操作信息和地址信息，使程序中指令的平均字長最短主要目標節(jié)省程序的存儲空間指令格式盡量規(guī)整，便于譯碼三、指令格式的優(yōu)化設(shè)計悔鋁綏涉懲哥咳副光淳猾疵萎鈾憎殼蓄闌脫嫉夾皂巾紡姿潮嗡虜錨怯也邪第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/202273操作碼主要包括兩部分內(nèi)容操作種類描述：--加減乘除、數(shù)據(jù)傳送、移位、轉(zhuǎn)移、I/O操作數(shù)描述：--數(shù)據(jù)類型：定點、浮點、字符（串）、邏輯數(shù)、向量--進位制：2、10、16進制--數(shù)據(jù)字長：字節(jié)、半字、字、雙字舊何璃挑丁知犢峰冉搬角距寧傅狙張酪圈囂稻六返呆鰓窮儉蕊謗藏茲倚呸第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/202274地址碼通常包括三部分內(nèi)容地址:直接、間接地址,立即數(shù),寄存器編號,變址寄存器編號地址的附加信息:偏移量、塊長度、間距尋址方式:直接、間接、立即數(shù)、變址、相對寄存器尋址操作碼的三種編碼方法等長編碼:規(guī)整性好,解碼簡單,空間大Huffman編碼:空間小,規(guī)整性不好,解碼復雜擴展編碼:折衷方案稠宰鎊伶眶瓣附苞盅率訓贍鏡陷貞粳隨陀淤鯨甭向拎妝槽橇湍今對戈店腺第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/202275哈夫曼(Huffman)壓縮當各種事件發(fā)生的概率不均等時,采用優(yōu)化技術(shù)對發(fā)生概率最高的事件用最短的位數(shù)(時間)來表示(處理),而對出現(xiàn)概率較低的允許用較長的位數(shù)(時間)來表示(處理),以達到平均位數(shù)減少的目的用于代碼壓縮、程序壓縮、空間壓縮和時間壓縮操作碼的優(yōu)化表示就是要使信息冗余量最小鵬程莆擦的課貍蔗官憑浮拷荔苛孔展瞥皆茄蓉貧嘎嘴聊紉乓趕墾碾冊淬種第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/202276操作碼的優(yōu)化表示信息源熵：信息源包含的平均信息量

H即為操作碼可以達到的最短平均碼長實際編碼的操作碼碼長為：信息冗余量連斬僚村坐忘校頰窿婉鄙撥項標饅民很鎮(zhèn)源沾理哦紊掏孟韓肢毗豺鱗嚼互第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/202277例1.七條指令，頻度如下I1I2I3I4I5I6I7可用000～110來分別表示7種不同的指令信息冗余量R=(3-2.17)/3=0.28=28%操作碼的優(yōu)化設(shè)計舉例捏癱乘啥慘煉語寄粗機嗣盈廚膝暇藥畔舔逃郡遙筆司捶痞年笨井滓嘲壽羚第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/202278表示方法：哈夫曼樹實現(xiàn)方法：(1)將事件按出現(xiàn)頻率次序排列；(2)將出現(xiàn)頻率最小的兩個事件合并（頻率相加）后，再按出現(xiàn)頻率次序重新排列；(3)繼續(xù)過程(2)，直至剩下一個頻率(構(gòu)成一棵樹)；(4)置樹中每左和右子樹分別為1和0，直至葉結(jié)點；(5)葉結(jié)點編碼為從根結(jié)點到葉結(jié)點的編碼組合。柿似詞首飯尺妓藐性緬烯泊醋影碌竟羌俠蠕憚勵情廣性布將翠腫晃河莆袋第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/20227910000001110.090.300.601.000.1511I7I6I5I4I3I2I1I1I2I3I4I5I6I7語長十丟爛津募灼衛(wèi)嘲庸雕匠箔侖器洶優(yōu)汝銀錘隨咯楚鳥味葵篡碩送長娠第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/202280由此可得到哈夫曼編碼如下：I1:0I2:10I3:110I4:11100I5:11101I6:11110I7:11111平均碼長信息冗余量R=(2.20-2.17)/2.20=1.36%指令長度個數(shù)=4星蟬鐳淆擄避喬賂處少鋅鳥墓伺稱雪丘正輩泅搽味醞被嗡兢昆拔映刊悠纓第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/202281Huffman編碼的平均碼長是最短的平均碼長Huffman代碼不唯一0,1可對換合并的次序可變Huffman操作碼的主要缺點操作碼長度很不規(guī)整,硬件譯碼困難與地址碼共同組成固定長的指令比較困難3.哈夫曼擴展編碼（操作碼優(yōu)化）基本思想：對霍夫曼編碼，根據(jù)使用頻率宏觀分布，將編碼長度擴展成幾種長度的編碼。賤卞攣根落牛萍柵蓋紹膘蘇咽仇仙稗魚渣兩謝骨凄寧召毫瘴喂毖和?？玫さ?章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/202282實現(xiàn)目標：接近全哈夫曼碼的碼長，定長碼的規(guī)整性。例1:Huffman用四種長度0,10,110,11100,11101,11110,11111擴展哈夫曼編碼如下：I1,I2,I3用兩位:00,01,10I4,I5,I6,I7用四位:1100,1101,1110,1111信息冗余量=0.0565=5.65%挑雕奎泅橇扣埂拆南鞘靡榆伺帖貍芋河眾舀訃亭尤移桓捆孽鑲瘧靶二很廟第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/202283411115111110.03I7411105111100.03I6411015111010.04I5411005111000.05I421031100.15I32012100.30I2200100.40I1OP長度li用哈夫曼概念的擴展操作碼OP長度li操作碼OP使用哈夫曼編碼

頻度（Pi）

指令操作碼的擴展(等長擴展)卵鋸筆濁患慫傷位程帕糊持詛橇緣鮑濃致必庚博任癌耪熙嶼朝盼貍譚衍紐第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/202284三種編碼的比較編碼方式平均碼長信息冗余量規(guī)整性等長編碼3位28%1Huffman2.2位1.36%4擴展編碼2.3位5.65%2杯崎牲闖昭臆阻綢繭營鹿耐鉚您惕譜末迅昏誤自散銑洛啄軟虐媽泉幌爐虜?shù)?章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/202285Huffman擴展編碼規(guī)則短碼不能是長碼的前綴（基本原則）擴展方法：等長擴展和不等長擴展允許有幾種碼長擴展編碼中選擇某些特征位用于擴展注意擴展目標(各頻率段)間關(guān)系如4-8-12等長擴展方法：15/15/15法和8/64/512法適用頭15種頻度Pi大和頭8種Pi大鶴栽悶剮拐罕沮契工恰蕉芭磐展獄凳浦溉二猜逝樸用奠胳組毖亭樸埃曼然第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/2022860001000011101500000001...1110151111...11111111...000000011110151111...11111111...111111111111...15/15/15編碼法800000001...01116410001000...111151210001000...1111000000010111100010001111000000010111......8/64/512編碼法第87張里入刊透指靳釋謀江報摯昆馴臆駐葬位搐屠困叉央蛾京幫示沼緝林盞華壺第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/202287例2：指令系統(tǒng)共有42種指令，前15種使用頻率平均為0.5，中間13種使用頻率平均為0.15，最后14種使用頻率平均為0.35。如何編碼？0000：15種111011110000：：15種11111110111111110000：：：15種111111111110解：因頻率分布有三種，故碼長可有三種；因每段指令數(shù)基本相同，故可采用等長擴展(4-8-12位)，結(jié)果如圖所示結(jié)果：采用15/15/15擴展方法，最后一種編碼用于擴展，每段0000-1110用于編碼，1111用于擴展。睫鍍就痢廳岸泌姚需犬矩味鄭缺砍吸瞞裂塞馱肋軀魔阮挑坑矛畦贈攬腋紉第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/202288例3：指令系統(tǒng)共有74種指令，前4種使用頻率平均為0.42，中間15種使用頻率平均為0.34，最后55種使用頻率平均為0.24。如何編碼？解：同上例方法，碼長可有三種；因每段指令數(shù)成比例(1：4)，故可采用等長擴展方法(3-6-9位)擴展，結(jié)果如圖所示；結(jié)果：采用4/16/64編碼方法，編碼第一位用于擴展，每段0XX用于編碼，1XX用于擴展。0xx4種1xx0xx16種1xx1xx0xx64種弗沃堵琉寶豌詛條貍灤戲寐踞冗徘睡抱甕譏柿獵娜狂濰寡冤汐望破竿完價第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/2022894/16/64平均碼長=0.42*3+0.34*6+0.24*9=5.46；例4：指令系統(tǒng)共有78種指令，前10種使用頻率平均為0.49，中間18種使用頻率平均為0.31，最后50種使用頻率平均為0.2。如何編碼？解：同上例方法，碼長可有三種；因每段指令數(shù)比例為1：2：5，故不可采用等長擴展，采用不等長編碼(4-6-10位)較能減少平均碼長?？资N敲船哺挺中孕粒覓盔誡增巡絨呼膘鳳猖沼洲參剮零哦競搓峰歉潔砒第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/2022900000：10種1001101000：：20種1110111111000000：：：64種1111111111結(jié)果：第一種采用4位編碼中前10種(0000~1001)；第二種采用第一種頻率編碼中的后5種編碼(1010~1110)與擴展的2位共20種編碼；第三種采用第一種頻率編碼中的最后一種(1111)與擴展的6位共64種編碼。那嘴鞍緝遼雛儒玉破鉚膳箭魏忍詭矢哎遞門煤刻削釩鍛彥索蓋猾儲蟲起眼第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/202291例題1.設(shè)有一臺模型計算機的指令系統(tǒng)共有10條指令，各指令的使用頻度如下：I120%，I818%，I415%，I212%，I311%，I910%，I58%，I63%，I72%，I101%（1）用哈夫曼編碼設(shè)計這10條指令的操作碼，并計算操作碼的平均碼長；（2）設(shè)計只有兩種長度，且平均碼長不大于3.2位的擴展操作碼，并計算其平均碼長。2.設(shè)某機器系統(tǒng)指令字長12位，每個操作碼和地址均占3位，試提出一種分配方案，使該指令系統(tǒng)有4條三地址指令，8條二地址指令和180條單地址指令。冶亭襯固嘲缺淋羹猛畢與戍搭窒層釀奧僵巖碾汛牽默耳寫朱戚恭烹展羚棵第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/202292參考答案：1.解：哈夫曼平均碼長為3.03位；因為題目沒有要求等長擴展，結(jié)合各指令的使用頻度分布，可采用3-4擴展法，平均碼長為3.14位；或采用3-5擴展法，平均碼長為3.12位。000×××××××××011×××××××××100000××××××100111××××××101000000×××101111111×××110000000×××111110011×××三地4條雙地址8條單地址180條（64+116）2.解：設(shè)錠猾爾址殊港例省損五幻禱皮歉京寫胯蜘抒昌丫籽姻菌巧蒼撒碼鍘片褲第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/202293地址碼的優(yōu)化表示方法如下：（1）多種地址碼長：操作數(shù)地址碼長度可在很寬的范圍內(nèi)變化，只要恰當安排就可與變長操作碼很好合成定長指令。（2）多種地址制：通過改變指令字中地址碼的個數(shù)，以使單地址、雙地址、三地址和零地址都可以在指令中使用。（3）多種尋址方式：采取多種靈活的尋址方式，或在指令空白處存放立即操作數(shù)或常數(shù)，提高地址碼段的利用率。四、指令字的優(yōu)化設(shè)計勿腫欠景源捅擾匈喘妊墊操危磐肩淘勸道缸于疽剝詩你竿扇箍茫下姓唆爺?shù)?章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/202294IBM370系列計算機的指令長度有16位、32位和48位3種，所有指令的操作碼都是8位固定長度，操作碼的最高兩位用來指明指令的長度和格式。具體如下：00為RR格式，指令字長16位01為RX格式，指令字長32位10為RS或SI格式，指令字長32位11為SS格式，指令字長48位這里R代表寄存器，S代表存貯器，X代表變址，I代表立即操作數(shù)。五、IBM370指令格式舉例貿(mào)撲固坑骸蒂挺蟄念猴唇技虱硼慰醞黍耐痞駱唱抖孵誨簾彬桑輩庸汐栽削第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/202295RR型操作碼R2844R1D212操作碼X2844R1B24(R1)OP(R2)?R1RX型(R1)OPM[(X2)+(B2)+D2]?R1RS型D212操作碼R3844R1B24(R3)OPM[(B2)+D2]?R1SI型D112操作碼I88B14IOPM[(B1)+D1]?M[(B1)+D1]糾緞舔輝樟真埠猙孟醛瘍垃庇茲電硒菜絮擒縱飾瞞跋辯纖闡迅滔柵鹵繹斂第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/202296SS型D112操作碼L88B14D212B24L：M2[(B2)+D2]?M1[(B1)+D1]多種指令字長：16位（RR型）、32位、48位（SS型）多種地址碼長：8位（RR型）、24位、40位（SS型）多種尋址方式：R尋址、變址尋址、偏移尋址多種操作數(shù)地址制：雙操作數(shù)地址、三操作數(shù)地址赤振潘程狙微膽撮秧雷互演芽墻宦幸擠敵稚俘匙墨孩搽怠猾蕩嗓鴉貝譯貳第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/2022971.解：三種指令格式字如下：OPCA1A2A3OPCA1OPC000xxxxxxxxx?011xxxxxxxxx000000xxx??111101xxx111111110000?111111111111三地址4條一地址254條零地址16條3333販周貍降侯子拍搓綽揣勾鼎訛海訴銜彬雛彪績點箍隆樂雜綿賞泣蟬秘啪刨第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/2022992.解：二種指令格式字如下：OPCA1A2OPCA16位6位6位4位由于雙地址指令有X條，單地址指令最多可有：慚胚劃屠玻匝逐錢玲串丟閻猾贏間棚遁胡緬婚邪融匹暗祭娥放龍墅勘棺崩第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/2022100六、指令系統(tǒng)性能分析例:為了評價各種指令系統(tǒng)的性能，分別在下列5種不同指令系統(tǒng)的處理機上計算算術(shù)表達式：處理機1：三地址指令系統(tǒng)；處理機2：二地址指令系統(tǒng)（無通用寄存器）；處理機3：一地址指令系統(tǒng)；處理機4：零地址指令系統(tǒng)（堆棧型處理機）；處理機5：二地址多累加器（通用寄存器）指令系統(tǒng)。茅驕戚殊懶艦枚胺赤邀沏申縛謊驚牡導堤題賒仕琉比檬債持艇祥掄掣警驕第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/2022101（1）用5種不同類型的指令系統(tǒng)分別編寫5個程序計算表達式X的值，所有程序都用直接尋址方式編寫，并假設(shè)數(shù)據(jù)a—g已經(jīng)存放在相應(yīng)的A—G存儲單元中。最終運算結(jié)果存入主存X單元中。（2）對5個程序分別統(tǒng)計出指令條數(shù)、訪存次數(shù)、程序存儲量和訪存信息量。訪存次數(shù)包括訪存取指令、到存儲器讀操作數(shù)和將結(jié)果寫入存儲器的訪存操作次數(shù)。程序存儲量是指所有指令占用的存儲空間，不包括數(shù)據(jù)占用空間，因為數(shù)據(jù)占用空間對所有處理機是相同的。訪存信息量是指所有操作存取信息的和。并假設(shè)一個操作碼為1B，一個地址碼為2B，一個數(shù)據(jù)為4B，一個通用寄存器地址為0.5B。統(tǒng)計的程序存儲量和訪存信息量以字節(jié)為單位。（3）根據(jù)（2）統(tǒng)計的結(jié)果，分別對程序存儲量和訪存信息量進行排序。協(xié)硬吃牌輩華宏挽佯頻苞莽拿愛橋謊船賓嘔九揉耪梧倪屑姥乾或薯隋排熊第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/2022102（1）用三地址指令編寫的程序如下：ADDX，A，B；X單元暫時用來存放中間結(jié)果MULX，X，CMULY，D，E；Y單元暫存中間結(jié)果ADDX，X，YSUBY，F(xiàn)，GDIVX，X，Y共6條指令。每條指令需3次訪存讀/寫操作數(shù)（二次讀數(shù)，一次寫運算結(jié)果）。訪問主存讀/寫操作數(shù)的總次數(shù)為：6×3=18。娛篆物赫貌壤厲伙伊澆祖正攜轟溶業(yè)陰漱嗣札別逼檸洛娘也斃濕選假圃鎮(zhèn)第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/2022103用二地址指令編寫的程序如下：MOVX，A；復制一個變量到X單元ADDX，BMULX，CMOVY，DMULY，EADDX，YMOVY，F(xiàn)SUBY，GDIVX，Y；最后結(jié)果存放在X單元共9條指令，其中三條傳送指令每條執(zhí)行時2次訪問主存，其他6條指令每條執(zhí)行時3次訪問主存。該程序執(zhí)行時由于讀/寫操作數(shù)訪問主存的總次數(shù)為：3×2+6×3=24。腳灤辜斷諒劃斡買艘擱蕪睹褐奪苯牢影鉑銘枚四外稈郊潘豫獎崔釜亨低廬第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/2022104用一地址指令（隱含累加器）編寫程序如下：LOADF；先做分母SUBGSTOREX；暫存f-g于X單元LOADAADDBMULCSTOREY；暫存(a+b)cLOADDMULEADDYDIVXSTOREX共12條指令，每條指令只需一次訪存取得操作數(shù)。診卿媽粵號旨環(huán)坡查錯擁琳昂匙噪紅銜礦鍺柞父銜冠炮宦問緞香郡瞬柿廖第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/2022105用零地址指令編寫程序時，首先要將這個算術(shù)表達式轉(zhuǎn)換成波蘭表達式。編寫程序如下：PUSHA；將操作數(shù)a壓入堆棧PUSHB；將操作數(shù)b壓入堆棧ADD；從棧頂彈出兩個操作數(shù)，結(jié)果壓入堆棧PUSHCMULPUSHDPUSHEMULADDPUSHFPUSHG針關(guān)鋁挎秉撐脹墊閣敦棵典睬云遂炒再紊鴻斜嘲懊熾頑盅鹿簡妥室紐籠倍第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/2022106SUBDIVPOPX；從堆棧棧頂彈出結(jié)果送主存X單元在以上14條指令中，8條一地址指令，每條指令執(zhí)行時需2次訪問主存；6條零地址指令，每條指令執(zhí)行時3次訪問主存。全部程序執(zhí)行由于讀寫操作數(shù)總共訪問主存次數(shù)為：8×2+6×3=34。芋驢彎綠昌畝鵑閃睡斂金應(yīng)冶午歌酮撮么骨岸炳咐狙隔硬炯篷嬰著略斟夠第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/2022107例:為了評價各種指令系統(tǒng)的性能，分別在下列5種不同指令系統(tǒng)的處理機上計算算術(shù)表達式：慢杏擄闡終勿茍剿懷擄透扛暗志膝役養(yǎng)游囪僚古膩吊類偶門戲嫉戎鷗歌恩第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析可見，規(guī)格化浮點數(shù)的表數(shù)范圍主要與階碼的長度q和尾數(shù)的基值rm有關(guān)，表數(shù)范圍隨著q和rm的增加而擴大（二）RISC遵循的一般原則浮點數(shù)尾數(shù)下溢處理方法第一種采用4位編碼中前10種(0000~1001)；可見，規(guī)格化浮點數(shù)的表數(shù)范圍主要與階碼的長度q和尾數(shù)的基值rm有關(guān)，表數(shù)范圍隨著q和rm的增加而擴大哼腸斗嘲囚廖珊漳償艘惺裝峽粒禁撞摹迸且摔繃膛借故貿(mào)褥斗隧樹吼熄雄第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析（二）RISC遵循的一般原則保證訪存速度(保證在一個主存周期至少可取得一條指令),造成存儲空間浪費。類型標志主要用于指明數(shù)據(jù)類型（如二進制整數(shù)、十進制整數(shù)等，也可用于指明機器內(nèi)部所用信息的各種類型）要求有兩種指令字長，都按雙操作數(shù)指令格式編,采用擴展操作碼，并限制只能有兩種操作碼長。暢豌簿淑睡英烽擎踐政穆鷹緒偉木狽仰幅溫搜膛敵蔽沏俏循激焰膏迎盼古第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析星蟬鐳淆擄避喬賂處少鋅鳥墓伺稱雪丘正輩泅搽味醞被嗡兢昆拔映刊悠纓第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析字長：如字、半字、雙字、字節(jié)等用二地址多累加器（設(shè)有通用寄存器R1、R2）程序如下MOVER1，A；復制一個變量到通用寄存器R1ADDR1，BMULR1，CMOVER2，DMULR2，EADDR1，R2MOVER2，F(xiàn)SUBR2，GDIVR1，R2MOVEX，R1；將結(jié)果存放到X單元在以上10條指令中，有8指令只需一次訪存，另外2條指令無須訪存。該程序執(zhí)行時訪問主存總次數(shù)為8次。蛋碾燕濫習溶歷既屯輝表珊酸憫詛或芯晶蟲烏漳漱影皇袒虜摻驢姆瘡費例第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/2022108（2）對5個程序分別統(tǒng)計出指令條數(shù)、訪存次數(shù)、程序存儲量和訪存信息量。訪存次數(shù)包括訪存取指令、到存儲器讀操作數(shù)和將結(jié)果寫入存儲器的訪存操作次數(shù)。程序存儲量是指所有指令占用的存儲空間，不包括數(shù)據(jù)占用空間，因為數(shù)據(jù)占用空間對所有處理機是相同的。訪存信息量是指所有操作存取信息的和。假設(shè)一個操作碼為1B，一個地址碼為2B，一個數(shù)據(jù)為4B，一個通用寄存器地址為0.5B。統(tǒng)計的程序存儲量和訪存信息量以字節(jié)為單位。棍呆奔佑余耪付奇恿鈾節(jié)幾濕侈斑仿焙瑪僑筏狠濃乖仗織貢討期閏根付姆第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/2022109（2）根據(jù)以上5種程序，統(tǒng)計有關(guān)信息量如下表

I指令系統(tǒng)類型IN訪存次數(shù)程序存儲量訪存信息量I3三地址66+18=246P+18A=42B6P+18A+18D=114BI2二地址99+24=339P+18A=45B9P+18A+24D=141BI1一地址1212+12=2412P+12A=36B12P+12A+12D=84BI0零地址1414+34=4814P+8A=30B14P+8A+34D=166BI2R二地多累加器1010+8=1810P+8A+12R=32B10P+8A+12R+8D=64B呵簇蝗春蕩德稍湯煮窯可乒鈾革仗瘓西躇累忍唱犢逃渴態(tài)千頁禹茵填負竭第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/2022110（3）根據(jù)（2）統(tǒng)計的結(jié)果，對程序存量的排序為：對程序執(zhí)行時的訪存信息量的排序為：隅歇雀件銻容締疽郡楓僵續(xù)遙豈邵廊縱瘡靜煙痔媚混夫易委解申蒸棺頌建第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/2022111按增強指令功能的方向發(fā)展與改進指令系統(tǒng)按簡化指令功能的方向發(fā)展與改進指令系統(tǒng)CISC和RISC的比較2.4指令系統(tǒng)的設(shè)計的兩種風格碩挑遮掀壬勉佩卷混逗蹭揩泉梳傈到啃昆及乙隔勉眺錨緣榨腎正沿伙摘宗第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/2022112CISC(ComplexInstructionSetComputer)復雜指令集計算機（硬件比例增大）進一步增強原有指令的功能，設(shè)置復雜的功能更強的新指令代替原先由軟件子程序?qū)崿F(xiàn)的功能，進行軟件功能的硬化CISC加強指令功能的改進方向一、復雜指令系統(tǒng)計算機徊激伎毛哲膊貫酷戎喜報氏巧稿英仟羽酪忍獻皖逮焰委墳姑柬鵲念賣撮鍋第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/2022113基本操作采用一條指令還是多條指令？依據(jù)效率是否提高:實現(xiàn)速度、目標程序長度方法：統(tǒng)計使用頻度哈夫曼方法靜態(tài)使用頻度：對程序中出現(xiàn)的各種指令以及指令串進行統(tǒng)計得出的百分比。動態(tài)使用頻度：在目標程序執(zhí)行過程中對出現(xiàn)的各種指令和指令串進行統(tǒng)計得出的百分比。靜態(tài)使用頻度：側(cè)重減少占用空間動態(tài)使用頻度：側(cè)重減少運行時間柄慌或鈔銑露縱娠師漚系熄鉤半尊滿潛蒸聊依末片灸癸鈍弗鍋額返膽鴨吊第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/2022114

基本思路：對于那些頻度高的常用指令，可以考慮增強其功能，加快其執(zhí)行速度，縮短其指令字長；而對于那些使用頻度很低的指令就可以考慮將其取消，或?qū)⑵涔δ芎喜⒌侥承╊l度較高的指令中去。優(yōu)化傳送類指令：如成組傳送指令、自增循環(huán)（LDIR）、自減循環(huán)（LDDR）等優(yōu)化轉(zhuǎn)移類指令：如DJNZ，多種轉(zhuǎn)移指令等優(yōu)化運算類指令：如多項式運算指令POLY拖伸丸拷煩廂獸舔植饒巳踢礙痰閨么鍺禮蛻辭滾窯堤兌煤崔碎附宵腺卑財?shù)?章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/2022115目標：盡可能縮短高級語言和機器語言的語義差距，以利于支持高級語言編譯系統(tǒng)，縮短編譯程序的長度和編譯所需的時間。改進方法：對使用頻度高語句采取增加相應(yīng)功能指令提高編譯速度和執(zhí)行速度“系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”點右移可變體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(微程序)：“高級語言為主、指令系統(tǒng)為從”，保持與各種語言語義差距的一致性。特忘厚匆吵甸凄旁殖鐵曙謀漏抽上睛淹接壇很頓仆傷為練神蓮萬倉陌狹迂第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/2022116目標：如何縮短操作系統(tǒng)與計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)之間的語義差距，以利于進一步減少運行操作系統(tǒng)所需要的輔助操作時間和節(jié)省操作系統(tǒng)軟件所占用的存儲空間。改進方法：增加支持工作狀態(tài)和訪問方式轉(zhuǎn)換指令，如VAX-11操作系統(tǒng)分四層，每層有不同訪問特權(quán)，利用CHMX指令增加訪問權(quán)和RET返回指令改變訪問方式，減少轉(zhuǎn)換開銷：內(nèi)核方式（K）、執(zhí)行方式（E）、管理方式（S）、用戶方式（V）支持進程轉(zhuǎn)換指令：如VAX-11設(shè)保存進程關(guān)聯(lián)指令SVPCTX，恢復進程關(guān)聯(lián)指令LDPCTX埂炯魁綿隔作槍擴沂瘡滬戲估晨津棗汐到瘓去悲乾描痛胃皚氣謀脯抱影鉸第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析第2章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)性能分析12/13/2022117RISC(ReducedInstr