2022年10月自考02325计算机系统结构考前复习资料二
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2022年10月自考02325计算机系统结构考前复习资料二
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、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位。1字=4字节。）这里我们要弄清什么是"大端排序"和"小端排序".比如要访问一个字（32位4字节）的时候，要求一次写入4个字节的数据，而存储器最小访问单位是1个字节，那么就需要把这"字"分成4段存入4个单元中。如果确定把这个"字"的最低有效位的字节（最右边的一段）是存储器地址末位为"0"中的内容，最高有效位的字节（最左边的一段）是地址末位为3的内容，则我们称之为小端排序（即访问字的最低有效位（小端）地址是按0、4……等顺序排列的）；反之若将字的最高有效位的字节放在"0"、"4"等地址中，则称之为大端排序。
访问方式可按面向对象和寻址方式来区分：前者可分为面向寄存器、面向存储器、面向堆栈的访问方式。后者可分为如下寻址方式：（了解一下即可）
立即数 指令中所带的操作数内容即是一个可用的数绝对方式 指令中给出一个地址，访问该地址得到操作数寄存器方式 访问某个寄存器中给出的地址，由地址访问到操作数寄存器间接访问某个寄存器，由这个寄存器中的内容找到另一寄存器，由给出的地址取得操作数存储器间接访问存储器中某单元，得到另一地址，再访问到该地址取得操作数自增/自减将某寄存器中的数加上或减去操作操作数的字节数，找到地址变址方式 由寄存器中的数加上变址量得到地址…… ……
在CISC计算机中，使用频率最高的是带偏移的寄存器寻址方式，其次是直接量寻址，再就是寄存器间接寻址。在RISC机中，只选择那些使用频率高的寻址方式，如相对于寄存器寻址或PC的偏移寻址、立即数寻址以及基址加变址寻址等。
按内容访问方式时，并不提供要访问的存储单元地址，而是给出要访问的内容（很像是查询）。因此存储器的结构形式要作相应变化。为了加快访问速度，必须采用并行方式，相应的存储器就称为联想存储器。请对照课本第49页，对联想存储器的基本结构和其访问方法进行理解和领会。
实用的联想存储器，一般除有按内容访问能力外，还有按地址访问能力。
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