計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教學(xué)課件

第二章指令系統(tǒng)包仲賢蘭州理工大學(xué)計算機(jī)與通信學(xué)院指令格式的優(yōu)化設(shè)計主要目標(biāo):節(jié)省程序的存儲空間指令格式盡量規(guī)整,便于譯碼231指令的組成232操作碼的優(yōu)化設(shè)計233地址碼的優(yōu)化設(shè)計234指令格式設(shè)計舉例指令的組成一般的指令主要由兩部分組成:操作碼和地址碼操作碼(OPC)地址碼(A)地址碼通常包括三部分內(nèi)容:地址:地址碼、立即數(shù)、寄存器、變址寄存器地址的附加信息:偏移量、塊長度、趴尋址方式:直接尋址、間接尋址、立即數(shù)尋址、變址尋址、相對尋址、寄存器尋址操作碼主要包括兩部分內(nèi)容:操作種類:加、減、乘、除、數(shù)據(jù)傳送、移位、轉(zhuǎn)移、輸入輸岀、程序控制、處理機(jī)控制等操作數(shù)描述數(shù)據(jù)的類型:定點數(shù)、浮點數(shù)、復(fù)數(shù)、字符、字符串、邏輯數(shù)、向量進(jìn)位制:2進(jìn)制、10進(jìn)制、16進(jìn)制數(shù)據(jù)字長:字、半字、雙字、字節(jié)操作碼的優(yōu)化表示操作碼的三種編碼方法:固定長度、Huffman編碼、擴(kuò)展編碼優(yōu)化操作碼編碼的目的:節(jié)省程序存儲空間例如:Burroughs公司的B-1700機(jī)操作碼編碼方式整個操作系統(tǒng)所用指令的操作碼總位數(shù)/改進(jìn)的百分比8位固定長編碼301,248046-10擴(kuò)展編碼1849639%Huffman編碼172,34643%固定長操作碼定長定域IBM公司的大中型機(jī):最左邊8位為操作碼Intel公司的JIntaniun處理機(jī):14位定長操作碼許多RISC處理機(jī)采用定長操作碼主要優(yōu)點:規(guī)整譯碼簡單主要缺點:浪費信息量(操作碼的總長位數(shù)增加)2.Huffman編碼法1952年由Huffman首先提出操作碼的最短平均長度可通過如下公式計算:H=∑P:log2PP表示第種操作碼在程序中出現(xiàn)的概率固定長編碼相對于Huffman編碼的信息冗余量:∑p·log2PR=1log2必須知道每種操作碼在程序中出現(xiàn)的概率例2.16:假設(shè)一臺模型計算機(jī)共有7種不同的操作碼,如果采用固定長操作碼需要3位。已知各種操作碼在程序中出現(xiàn)的概率如下表,計算采用Huffman編碼法的操作碼平均長度,并計算固定長操作碼和Huffman操作碼的信息冗余量。指令序號I11213IaI5I617出現(xiàn)的概率0.450.300.150.050.030.010.01例2.17解答利用Huffman樹進(jìn)行操作碼編碼(又稱最小概率合并法)把所有指令按照操作碼在程序中出現(xiàn)的概率大小,自左向右順序排列。選取兩個概率最小的結(jié)點合并成一個概率值是二者之和的新結(jié)點,并把這個新結(jié)點與其它還沒有合并的結(jié)點一起形成一個新的結(jié)點集合。在新結(jié)點集合中選取兩個概率最小的結(jié)點進(jìn)行合并,如此繼續(xù)進(jìn)行下去,直至全部結(jié)點合并完畢。最后得到的根結(jié)點的概率值為1。每個新結(jié)點都有兩個分支,分別用帶有箭頭的線表示,并分別用一位代碼“0”和“1”標(biāo)注冫從