概要:計算機系統結構第二章資料表示、定址方式與指令系統知識點小結

一、資料表示（應用）

1、資料表示的定義，資料表示與資料結構的關係

    定義：能由計算機硬體識別和引用的資料型別，表現再它有對這種型別的資料進行操作的指令和運算部件

    關係：資料結構是要通過軟體印象，變成計算機中所具有的資料表示來實現的。

2、引入資料表示的原則

    考慮設定哪些資料表示，以便對應用中的資料結構有較高的實現效率。

3、標誌符資料表示的優點，與資料描述符的差別

    標誌符資料：指明資料型別、指明所用資訊型別。

    資料描述符：描述所要訪問的資料是整塊的還是單個的，訪問該資料塊或資料元素所要的地址以及其他資訊等。

4、堆疊機器（堆疊資料表示）和向量資料表示的基本特徵

    堆疊資料表示：高速暫存器組成的堆疊。

    向量資料表示：加快形成元素地址，硬體判斷下表是否越界，越界判斷和元素運算並行。節省儲存空間。

5、浮點數尾數基值大小的利和弊，能熟練計算尾數基值不同時浮點數可表示值的範圍、可表示數的個數等引數

6、綜述和比較尾數下溢處理的4種方法、誤差特性、優缺點及適用場合

    截斷法：尾數超出計算機字長的部分截去。實現簡單，不加硬體，不需處理時間，誤差較大。

    舍入法：再計算機運算的規定字長之外增設一位附加位，存放溢位部分的最高位。

    恆置1法：計算機規定字長的最低位恆置為1

    查表舍入法：

7、查表舍入法填下溢處理表的原則，能具體填表

二、定址方式（領會）

1、定址的3種面向，邏輯地址和實體地址的定義

    面向主存、面向暫存器、面向堆疊

    邏輯地址：程式設計師變成用的地址

    實體地址：程式在主存中的實際地址

2、定址方式再指令中的兩種指明方式及其優缺點

    佔用操作碼中的某些位來指明：總位數短。

    地址碼部分專門設定定址方式位欄位指明：靈活，操作碼短，需要專門的定址方式位欄位。總位數長

3、程式的靜態再定位和動態再定位的含義和實現

    靜態再定位：目的程式裝入主存時，由裝入程式用軟體方法把目的程式的邏輯地址變成實體地址，程式執行是實體地址不再改變。

    動態再定位：執行每條指令時才形成訪存實體地址的方法。增加相應的基址暫存器和地址加法器硬體。

4、資訊再記憶體中按整數邊界儲存的含義、編址要求、存在問題和適用場合

    含義：資訊再主存中存放的地址必須是改資訊寬度（位元組數）的整數倍

    適用場合：早起計算機，主存容量小，可以不適用這種方法。儲存容量大，速度要求高，按照主存證書邊界儲存。

三、指令格式優化設計（綜合應用）

1、指令格式優化的含義

    如何用最短的位數來表示指令的操作資訊和地址資訊，使程式中指令的平均字長最短。

2、哈曼夫編碼、優化的擴充套件操作碼編碼，能求出操作碼平均碼長

    哈夫曼編碼：p76

3、擴充套件操作碼的短碼不能是長碼的字首

4、綜述指令格式優化設計措施（P80）

    （1）採用擴充套件操作碼

    （2）縮短地址碼長度，在有效地址長度內提供更多地址資訊

    （3）採用多種地址制，增強指令功能，縮短程式長度，加快程式執行速度

    （4）同種地址內採用多種地址形式

    （5）使用多種不同指令字長度

5、根據指令設計的全部要求，優化設計指令格式

四、按CISC方向發展、改進指令系統（領會）

1、面向目標程式優化實現改進指令系統的目標和思路

    分析已有機器指令系統，看哪些功能仍用基本指令串，哪些改用新指令，提高目標程式的實現效率。可以減少目標程式儲存空間，程式執行中的訪問次數，指令執行時間。提高執行速度，實現容易。

2、面向高階語言優化實現改進指令系統的目標和思路

    縮短高階語言和機器語言的語義差距，支援高階語言編譯，縮短編譯語言長度和編譯時間。

3、高階語言機器的定義和兩種形式，高階語言及其難以發展的原因

    定義：沒有編譯

    形式：間接執行的高階語言級器（通過彙編把高階語言翻譯成機器語言目標程式）、直接執行的高階語言機器（高階語言本身作為機器語言）

    原因：高階語言種類繁多，實際環境經常用到多種高階語言

4、面向作業系統優化實現改進指令系統的目標和思路

    目標：如何通過縮短作業系統與計算機系統結構之間的語義差距，進一步減少執行作業系統時間和作業系統軟體佔用的儲存空間

五、按RISC方向發展、改進指令系統（領會）

1、CISC的問題和RISC的優點

    CISC問題：指令系統龐大、指令操作繁雜速度慢、高階編譯程式選擇目標範圍大，難以生成高效機器語言，編譯程式太長且複雜、指令使用頻度都不高

    RISC優點：簡化指令系統設計、提高計算機執行速度和效率、降低成本提高系統可靠性、支援高階語言簡化編譯程式設計

2、設計RISC機器的一般原則

    確認指令時，只選擇高頻指令，增加少量支援作業系統、高階語言等的指令

    減少指令定址方式，不超過兩種

    所有指令再一個週期內完成

    擴大暫存器數量，減少訪存。

    大多指令通過硬聯控制實現，提高執行速度

    精簡指令、優化設計編譯程式，簡單有效支援高階語言

3、設計RISC機器的基本技術

    按設計RISC一般原則設計

    邏輯實現採用硬聯和微程式相結合

    cpu中設定大量工作暫存器和重疊暫存器視窗

    指令用流水和延遲轉移

    採用高速緩衝儲存器cache

    優化設計和編譯系統

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