計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)第1頁(yè)/共108頁(yè)第2頁(yè)/共108頁(yè)第3頁(yè)/共108頁(yè)第4頁(yè)/共108頁(yè)第5頁(yè)/共108頁(yè)rrqeememN其中第6頁(yè)/共108頁(yè)第7頁(yè)/共108頁(yè)8 10000000n由x補(bǔ)得到x移的方法是變x補(bǔ)的符號(hào)位為其反碼。n最高一位為符號(hào)位，1代表正號(hào)，0代表負(fù)號(hào)。第8頁(yè)/共108頁(yè)第9頁(yè)/共108頁(yè)rrqeememN其中第10頁(yè)/共108頁(yè)第11頁(yè)/共108頁(yè)1位1位q位p位mfefem111rrrrmmpmmqeqerrN()第12頁(yè)/共108頁(yè)qeqerrrrrrmmpmmN 11()上溢上溢下溢（浮點(diǎn)零）NminNmax-NmaxNmin0負(fù)數(shù)區(qū)正數(shù)區(qū)第1

2、3頁(yè)/共108頁(yè)1227722321122N()即：129231272122N()16)161 (1663665N第14頁(yè)/共108頁(yè)63664161611616 N()第15頁(yè)/共108頁(yè)第16頁(yè)/共108頁(yè)1023712q95. 62log) 12log/10log(log37q第17頁(yè)/共108頁(yè)1022116) 1P（2 .532log10log16p1位1位7位55位mfefem第18頁(yè)/共108頁(yè))21 ()1 (55pmr211mr1271217qer12827qer3812755125511070. 12)21 (2)21 ()17qermpmrr（3912921047. 12

3、22117qermmrr第19頁(yè)/共108頁(yè)3912921047. 1222117qermmrr3812755125511070. 12)21 (2)21 ()17qermpmrr（1755) 155() 1(1078. 222211pmmrr第20頁(yè)/共108頁(yè)第21頁(yè)/共108頁(yè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) （第6講）第22頁(yè)/共108頁(yè)第23頁(yè)/共108頁(yè)第24頁(yè)/共108頁(yè)第25頁(yè)/共108頁(yè)第26頁(yè)/共108頁(yè)第27頁(yè)/共108頁(yè)第28頁(yè)/共108頁(yè)第29頁(yè)/共108頁(yè)第30頁(yè)/共108頁(yè)第31頁(yè)/共108頁(yè)的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)asi:0;當(dāng)前正在傳送的源數(shù)組地址第32頁(yè)/共108頁(yè)第33頁(yè)/共108頁(yè)的數(shù)

4、據(jù)個(gè)數(shù)asi:0;當(dāng)前正在傳送的源數(shù)組地址第34頁(yè)/共108頁(yè)的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)cnt:0;剩余數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)第35頁(yè)/共108頁(yè)第36頁(yè)/共108頁(yè)第37頁(yè)/共108頁(yè)第38頁(yè)/共108頁(yè)第39頁(yè)/共108頁(yè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) （第7講）第40頁(yè)/共108頁(yè)第41頁(yè)/共108頁(yè)第42頁(yè)/共108頁(yè)第43頁(yè)/共108頁(yè)第44頁(yè)/共108頁(yè)操作碼編碼方式整個(gè)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位定長(zhǎng)編碼4-6-10擴(kuò)展編碼Huffman編碼301,248184,966172,34603943第45頁(yè)/共108頁(yè)iniippH12lognppRniii212loglog1第46頁(yè)/共108頁(yè)指令I(lǐng)1概率0

5、.45I20.30I30.15I40.05I50.03I60.01I70.01第47頁(yè)/共108頁(yè)第48頁(yè)/共108頁(yè)第49頁(yè)/共108頁(yè)0.450.300.150.050.030.010.011.000.550.250.100.050.02010101010101第50頁(yè)/共108頁(yè)指令序號(hào)概率Huffman編碼法操作碼長(zhǎng)度I10.4501位I20.30102位I30.151103位I40.0511104位I50.03111105位I60.011111106位I70.0111111116位采用3位固定長(zhǎng)操作碼的信息冗余量為：%35397. 117log12HR第51頁(yè)/共108頁(yè)Huffma

6、n編碼法的信息冗余量?jī)H為：與3位定長(zhǎng)操作碼的冗余量35相比要小得多3、擴(kuò)展編碼法Huffman操作碼的主要缺點(diǎn)：操作碼長(zhǎng)度很不規(guī)整，硬件譯碼困難與地址碼共同組成固定長(zhǎng)的指令比較困難擴(kuò)展編碼法：由固定長(zhǎng)操作碼與Huffman編碼法相結(jié)合形成%0 . 197. 195. 11R第52頁(yè)/共108頁(yè)%5 . 200. 295. 11R%4 .1120. 295. 11R第53頁(yè)/共108頁(yè)序號(hào)概率1-2-3-5擴(kuò)展編碼I10.450I20.3010I30.15110I40.0511100I50.0311101I60.0111110I70.01111112-4等長(zhǎng)擴(kuò)展編碼000110110011011

7、1101111平均長(zhǎng)度2.02.2信息冗余量2.5%11.4%7條指令的操作碼擴(kuò)展編碼法第54頁(yè)/共108頁(yè)操作碼編碼說明0000000111104位長(zhǎng)度的操作碼共15種等長(zhǎng)15/15/15擴(kuò)展編碼法1111 00001111 00011111 11108位長(zhǎng)度的操作碼共15種1111 1111 00001111 1111 00011111 1111 111012位長(zhǎng)度的操作碼共16種第55頁(yè)/共108頁(yè)指令序號(hào)概率Huffman編碼法操作碼長(zhǎng)度I10.4501位I20.30102位I30.151103位I40.0511104位I50.03111105位I60.011111106位I70.01

8、11111116位采用3位固定長(zhǎng)操作碼的信息冗余量為：%35397. 117log12HR第56頁(yè)/共108頁(yè)操作碼編碼說明0000000101114位長(zhǎng)度的操作碼共8種等長(zhǎng)8/64/512擴(kuò)展編碼法1000 00001000 00011111 01118位長(zhǎng)度的操作碼共64種1000 1000 00001000 1000 00011111 1111 011112位長(zhǎng)度的操作碼共512種第57頁(yè)/共108頁(yè)編碼方法不等長(zhǎng)操作碼(4/6/10)擴(kuò)展編碼法4位指令操作碼的長(zhǎng)度6位10位指令種類15/3/1615316348/31/1683116558/30/3283032708/16/256816

9、2562804/32/256432256292第58頁(yè)/共108頁(yè)第59頁(yè)/共108頁(yè)OPCLB1D1B2D288412412SS型OPCR184RR型OPCR1X2B28444RX型D212OPCRnRmB8444RS型D12OPCI2B1884SI型D112第60頁(yè)/共108頁(yè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) （第8講）第61頁(yè)/共108頁(yè)第62頁(yè)/共108頁(yè)第63頁(yè)/共108頁(yè)第64頁(yè)/共108頁(yè)第65頁(yè)/共108頁(yè)第66頁(yè)/共108頁(yè)第67頁(yè)/共108頁(yè)第68頁(yè)/共108頁(yè)第69頁(yè)/共108頁(yè)第70頁(yè)/共108頁(yè)第71頁(yè)/共108頁(yè)第72頁(yè)/共108頁(yè)第73頁(yè)/共108頁(yè)第74頁(yè)/共108頁(yè)第75頁(yè)/共

10、108頁(yè)第76頁(yè)/共108頁(yè)機(jī)型（年代）IBM 370/168 (1973)VAX-11(1978)iAPX 432(1982)指令種類208303222微程序容量420K480K64K指令長(zhǎng)度16-4816-4566-321制造工藝ECL MSITTL MSINMOS VLSI指令操作類型Mem-MemMem-RegReg-RegMem-MemMem-RegReg-Reg面向堆棧Mem-MemCache容量64K64K0第77頁(yè)/共108頁(yè)第78頁(yè)/共108頁(yè)第79頁(yè)/共108頁(yè)第80頁(yè)/共108頁(yè)第81頁(yè)/共108頁(yè)第82頁(yè)/共108頁(yè)第83頁(yè)/共108頁(yè)類型CISC指令條數(shù)I指令平均周期

11、數(shù)CPI周期時(shí)間T121533ns5nsRISC1.31.41.11.410ns2ns第84頁(yè)/共108頁(yè)第85頁(yè)/共108頁(yè)第86頁(yè)/共108頁(yè)FEFEFEFE1:add r1, r22:jmp next23:next1:sub r3, r4n:next2:move r4, a產(chǎn)生轉(zhuǎn)移地址指令作廢重新取指令因轉(zhuǎn)移指令引起的流水線斷流第87頁(yè)/共108頁(yè)FEFEFE1:jmp next22:add r1, r23:next1:sub r3, r4n:next2:move r4, a產(chǎn)生轉(zhuǎn)移地址插入指令重新取指令采用指令延遲轉(zhuǎn)移技術(shù)的指令流水線第88頁(yè)/共108頁(yè)第89頁(yè)/共108頁(yè)第90頁(yè)/共

12、108頁(yè)第91頁(yè)/共108頁(yè)第92頁(yè)/共108頁(yè)第93頁(yè)/共108頁(yè)第94頁(yè)/共108頁(yè)例子：if (a=, ra, rb;若(ra)=(rb)則取消下條指令inc rb3、重疊寄存器窗口技術(shù)（Overlapping Register Window）原因：RISC中，子程序比CISC中多因傳送參數(shù)而訪問存儲(chǔ)器的信息量很大美國(guó)加洲大學(xué)伯克利分校的F .Baskett提出實(shí)現(xiàn)方法：設(shè)置一個(gè)數(shù)量比較大的寄存器堆，并把它第95頁(yè)/共108頁(yè)第96頁(yè)/共108頁(yè)第97頁(yè)/共108頁(yè)A局部寄存器B局部寄存器AB公用寄存器BC公用寄存器C局部寄存器CD公用寄存器全局寄存器091084898390991001

13、05106115116121122131132137物理寄存器第98頁(yè)/共108頁(yè)0傳送參數(shù)A局部寄存器傳送參數(shù)傳送參數(shù)B局部寄存器傳送參數(shù)傳送參數(shù)C局部寄存器傳送參數(shù)局部寄存器與過程B合用全局寄存器9101516252631與過程A合用局部寄存器與過程C合用全局寄存器與過程B合用局部寄存器全局寄存器寄存器重疊寄存器重疊第99頁(yè)/共108頁(yè)RISC II溢出次數(shù)程序名稱調(diào)用次數(shù)最大調(diào)用深度RISC II訪問次數(shù)VAX-11訪問次數(shù)111K (0.7%)43K (8.0%)Quick SortPuzzle1020641244K (0.8%)8K (1.0%)696K (50%)444K (28%)寄存器窗口技術(shù)的效果第100頁(yè)/共108頁(yè)MC68