2007年度考试计算机系统结构第4章精讲

　　本章属重点章。指令系统是计算机外特性的重要内容，本章主要介绍了两种不同风格的指令系统：RISC和CISC.在学习这两种指令系统之前，我们先了解一下什么是指令系统。

　　一、指令系统的设计（领会）

　　指令系统是指机器所具有的全部指令的集合。它反映了计算机所拥有的基本功能。它是机器语言程序员所看到的机器的主要属性之一。

　　通常我们说的加法指令、传输数据指令等等就是计算机的指令，这些指令就是告诉计算机从事某一特殊运算的代码，一种计算机系统确定的这些指令的集合我们就说它是这种机器的指令系统。

　　那么指令系统的设计要做什么？ 就是要确定它的指令格式（就是指令有多少位长，哪几位表示地址，哪几位表示操作等）、类型（如堆栈型、寄存器型等分类）、操作（比如运算、数据传送啊什么的都是指令中要确定的操作）以及操作数的访问方式（一个指令要访问数据，是按其地址访问还是按内容访问等也要由指令设计来解决）。

　　我们知道，由多条指令构成的程序是要以二进制的形式放到存储器中的，早期的存储器很昂贵，因此导致指令设计者尽量增强一条指令的复杂性以减少程序的长度。还用微程序（就是保存在专用的存储器中的一小段程序，运行时只要用一条指令来启动它就可用来代替好多条指令） 来改进代码密度。这样的设计倾向形成了一种传统的指令设计风格，即认为计算机系统性能的提高主要依靠增加指令复杂性及其功能来获取。这就是称为复杂指令系统（CISC）的设计风格。我们现在用的PC机多是用这种设计风格的指令系统，比如MMX多媒体扩展指令等，都是增加进去的指令，是复杂指令。

　　后来，通过测试，这种不断增加指令复杂度的办法并不能使系统性能得到很大提高，反倒使指令系统实现更困难和费时。所以在70年代中期又出现了另一种称为"简化指令系统（RISC）"的设计风格。它的基本思想是，简单的指令能执行得更快以及指令系统只需由使且频率高的指令组成。（插话）

　　指令系统在设计时，应特别注意的是如何能使编译系统高效、简易地将源程序翻译成目标代码。这就是指令系统的设计原则。为了达到这个目的，在设计时应注意：正交性、规整性、可扩充性、对称性。（请对照课本加以理解）

　　二、指令系统集结构的分类（识记）

　　前面我们知道了指令系统的设计要确定它的指令格式、类型、操作及对操作数的访问方式。现在就提到了分类：

　　一般地，指令系统集结构分类主要是依据在CPU中以何种存储方式来存放操作数。

　　我们知到，CPU在进行数据计算时，总是要先把数据取到某种寄存器中才能开始。而这寄存器的类型有堆栈型、累加器型和通用寄存器型三种。相应地，使用哪种存储方式来存放操作数的，就把指令系统集结构分成堆栈型、累加器型和通用寄存器型三类。它们是有区别的，堆栈型结构中，操作数总是被默认存放在栈顶，累加器结构中，操作数总是被默认存放在累加器中；而在通用寄存器中，所有的操作数都必须被说明是存放在哪一个寄存器或存储器的哪个单元中。

　　所有的计算机都可按上述分类标准进行归类。但有的机器可能是某些类型的混合，如intel的8086处理器便是通用寄存器结构和累加器结构的混合。

　　三种类型的比较：

　　其中通用寄存器指令系统又可进一步分为：寄存器-寄存器、寄存器-存储器以及存储器-存储器三类。在RISC机中，只可能存在寄存器-寄存器类型。（寄存器是在计算机内部的存储小容量数据的装置，尤指数据可以同时存储和运算的装置）请注意它们的优缺点，第一种是具有最好的指令密度，但是访存速度慢。第三种方式则简单，但程序代码较长。第二种取中。

　　三、操作数访问（寻址）方式（识记）

　　指令中对操作数的访问方式，按访问手段可分为两大类：常用的是按地址访问，另一类是按内容访问方式。

　　计算机中的两个地址概念一个是逻辑地址、一个是物理地址，前者为虚，后者是实，一般所讨论的寻址方式是指逻辑地址的寻址方式。

　　地址的编址，通常有三种不同方式：（1）按各种部件分类编址；（2）统一编址；（3）隐式编址

　　对存储器这一存储部位编址（领会），绝大多数计算机将字节作为最小访问单位（注意，1字节=8

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