第2章 计算机指令系统的设计
计算机系统结构课后习题答案
第1章计算机系统结构的基本概念1.1 解释下列术语层次机构:按照计算机语言从低级到高级的次序,把计算机系统按功能划分成多级层次结构,每一层以一种不同的语言为特征。
这些层次依次为:微程序机器级,传统机器语言机器级,汇编语言机器级,高级语言机器级,应用语言机器级等。
虚拟机:用软件实现的机器。
翻译:先用转换程序把高一级机器上的程序转换为低一级机器上等效的程序,然后再在这低一级机器上运行,实现程序的功能。
解释:对于高一级机器上的程序中的每一条语句或指令,都是转去执行低一级机器上的一段等效程序。
执行完后,再去高一级机器取下一条语句或指令,再进行解释执行,如此反复,直到解释执行完整个程序。
计算机系统结构:传统机器程序员所看到的计算机属性,即概念性结构与功能特性。
在计算机技术中,把这种本来存在的事物或属性,但从某种角度看又好像不存在的概念称为透明性。
计算机组成:计算机系统结构的逻辑实现,包含物理机器级中的数据流和控制流的组成以及逻辑设计等。
计算机实现:计算机组成的物理实现,包括处理机、主存等部件的物理结构,器件的集成度和速度,模块、插件、底板的划分与连接,信号传输,电源、冷却及整机装配技术等。
系统加速比:对系统中某部分进行改进时,改进后系统性能提高的倍数。
Amdahl定律:当对一个系统中的某个部件进行改进后,所能获得的整个系统性能的提高,受限于该部件的执行时间占总执行时间的百分比。
程序的局部性原理:程序执行时所访问的存储器地址不是随机分布的,而是相对地簇聚。
包括时间局部性和空间局部性。
CPI:每条指令执行的平均时钟周期数。
测试程序套件:由各种不同的真实应用程序构成的一组测试程序,用来测试计算机在各个方面的处理性能。
存储程序计算机:冯·诺依曼结构计算机。
其基本点是指令驱动。
程序预先存放在计算机存储器中,机器一旦启动,就能按照程序指定的逻辑顺序执行这些程序,自动完成由程序所描述的处理工作。
系列机:由同一厂家生产的具有相同系统结构、但具有不同组成和实现的一系列不同型号的计算机。
08系统结构练习题
第一章、概论1、在计算机系统的层次结构中，从低层到高层，各层相对顺序正确的是（ ）。
A ．汇编语言机器级——操作系统机器级——高级语言机器级B ．微程序机器级——传统机器语言机器级——汇编语言机器级C ．传统机器语言机器级——高级语言机器级——汇编语言机器级D ．汇编语言机器级——应用语言机器级——高级语言机器级2、直接执行微指令的是（ ）。
A ．汇编程序B ．编译程序C ．硬件D ．微指令程序3、在计算机的系统结构设计中，提高硬件功能实现的比例会（ ）。
A ．提高硬件利用率B ．提高系统的运行速度C ．减少需要的存储器量D ．提高系统的性能价格比4、在计算机的系统结构设计中，提高软件功能实现的比例会（ ）。
A ．提高解题速度B ．减少需要的存储器量C ．提高系统的灵活性D ．提高系统的性能价格比5、在CISC 中，各种指令的使用频度相差悬殊，大致有以下的结果。
大约有 （比例）的指令使用频度较高，占据了 （比例）的处理机时间。
名词解释：CPI 、 Amdahl 定律、局部性原理、透明性1、 计算机系统的Flynn 分类法是按什么来分类的，共分为哪几类，简要说明各类的特征。
2、如有一个经解释实现的计算机，可以按功能划分成4级。
每一级为了执行一条指令需要下一级的N 条指令解释。
若执行第一级的一条指令需K ns 时间，那么执行第2、3、4级的一条指令各需用多少时间。
4、用一台40MHZ 处理机执行标准测试程序，它含的混合指令数和相应所需的时钟周期数如下：求有效CPI 、MIPS 速率和程序的执行时间。
5、假设高速缓存Cache 的工作速度为主存的5倍，且Cache 被访问命中的概率为90%，那么采用Cache 后能使整个存储系统获得多高的加速币？6、如果某计算机系统有3个部件可以改进，则这三个部件经改进后的加速比分别为：S1=30，S2=20，S3=10。
（1）如果部件1和部件2改进前的执行时间占整个系统执行时间的比例都为30%，那么，部件3改进前的执行时间占整个系统执行时间的比例为多少，才能使3个部件都改进后的整个系统的加速比Sn 达到10？36%（2）如果3个部件改进前执行时间占整个系统执行时间的比例分别为30%、30%和20%，那么，3个部件都改进后系统的加速比是多少？未改进部件执行时间在改进后的系统执行时间中占的比例是多少？4.1，0.82指令类型 指令数 时钟周期数 整数运算 45000 1 数据传送 32000 2 浮点 15000 2 控制传送 8000 21、RISC思想的精华是。
第二章微型计算机基础知识
教学目标：
1.了解基本的逻辑电路和逻辑代数。 2. 掌握微机中基本部件的符号及性能。 3.掌握总线的基本概念、作用及使用。 4.掌握控制字的概念及用法。 5. 掌握依照控制字读写存储器的过程。 6.掌握微机系统的组成与分类 7.掌握微机的外部结构和基本工作原理
教学重点： 1. 掌握微机中基本部件的符号及性能。 2.掌握总线的基本概念、作用及使用。 3.掌握控制字的概念及用法。 4. 掌握依照控制字读写存储器的过程。 5.掌握微机的外部结构和基本工作原理 教学难点： 1.总线的基本概念、作用及使用 2.掌握控制字的概念及用法。 3.掌握依照控制字读写存储器的过程。
1.功能强 2.可靠性强 3.价格低 4.适应性强
5.周期短、见效快
6.体积小、重量轻、耗电省
7.维护方便
四、微型计算机的性能指标 衡量一台微机性能的优劣，主要由它的 系统结构、硬件组成、系统总线、外部设 备以及软件配置等因素来决定。具体体现 在以下几个主要技术指标上。 1.字长 微机的字长是指微处理器内部一次可以 并行处理二进制代码的位数。它与微处理 器内部寄存器以及CPU内部数据总线宽度 一致，字长越长，所表示的数据精度就越 高。
（2）第二个控制字是： CpEpLmEr =0001 即Er=1，令ROM放出数据。 也就是说，当Er为高电平，R0中的8位 数据就被送到W总线上去。这样的动作 不需等待 时钟脉冲的同步讯号。 （3）第三个控制字是： CpEpLmEr=1000 即Cp=1，这是命令PC加1,所以PC=0001 这是在取数周期完了时，要求PC进一步 ，以便为下一条指令准备条件。
六、存储器的符号
1.只读存储器(ROM) 只存储固定程序的存储器,一旦写入 后,一般不能改变。即不能再写入新的 字节，而只能从中“读”出其所存储的内 容。 (1)通用的写法是m×nROM
《微型计算机系统原理及应用》课后答案_(第3版)清华大学出版社__杨素行
第一章 微型计算机基础题1-1 计算机发展至今，经历了哪几代？答：电子管计算机、晶体管计算机、集成电路计算机、超大规模集成电路计算机、非冯诺伊曼计算机和神经计算机。
题1-2 微机系统由哪几部分组成？微处理器、微机、微机系统的关系是什么？ 答：1、微机系统分硬件和软件，硬件包括CPU、存储器、输入输出设备和输入输出接口，软件包括系统软件和应用软件。
2、微处理器是指微机的核心芯片CPU；微处理器、存储器和输入输出设备组成微机；微机、外部设备和计算机软件组成微机系统。
题1-3 微机的分类方法包括哪几种？各用在什么应用领域中？答：按微处理器的位数，可分为1位、4位、8位、32位和64位机等。
按功能和机构可分为单片机和多片机。
按组装方式可分为单板机和多板机。
单片机在工业过程控制、智能化仪器仪表和家用电器中得到了广泛的应用。
单板机可用于过程控制、各种仪器仪表、机器的单机控制、数据处理等。
题1-4 微处理器有哪几部分组成？各部分的功能是什么？答：微处理器包括运算器、控制器和寄存器三个主要部分。
运算器的功能是完成数据的算术和逻辑运算；控制器的功能是根据指令的要求，对微型计算机各部分发出相应的控制信息，使它们协调工作，从而完成对整个系统的控制；寄存器用来存放经常使用的数据。
题1-5 微处理器的发展经历了哪几代？Pentium系列微处理器采用了哪些先进的技术？答：第一代4位或低档8位微处理器、第二代中高档8位微处理器、第三代16位微处理器、第四代32位微处理器、第五代64位微处理器、第六代64位高档微处理器。
Pentium系列微处理器采用了多项先进的技术，如：RISC技术、超级流水线技术、超标量结构技术、MMX技术、动态分支预测技术、超顺序执行技术、双独立总线DIB技术、一级高速缓冲存储器采用双cache结构、二级高速缓冲存储器达256KB或512KB、支持多微处理器等。
题1-6 何为微处理器的系统总线？有几种？功能是什么？答: 系统总线是传送信息的公共导线，微型计算机各部分之间是用系统总线连接的。
第2章微型计算机系统的组成及工作原理
2.5.6 ISA总线的定义与应用
2. ISA总线的信号线定义 ——98芯插槽，包括地址线、数据线、控制线、时钟和电源线 (1)地址线：SA019和LA1723 (2)数据线：SD015 (3)控制线：AEN、BALE、 IOR 和 IOW、 SMEMR和 SMEMW
MEMR 和 MEMW、 MEM CS16 和 I/O CS16 、SBHE
2.1.2 微机系统的软件配置
系统软件、工具软件、应用软件、用户应用程序
.3 微机系统中的信息流与信息链
1. 微机系统中信息流与信息链的构成 信息流：存储器中的数据、程序代码；接口寄存器中的I/O数据、 状态、I/O命令 信息链：信息流在系统中流动的路径； 包括物理(硬件)环节和逻辑(软件)环节 2. 微机系统中信息流与信息链 ——早期微机系统/现代微机系统中的信息链 3. 研究信息流与信息链的意义 ——通过信息流从整体上认识微机体系结构和组成微机系统的各 部件之间的关系
2.5.7 现代微机总线技术的新特点
3. 总线桥 (1) 总线桥 ——总线转换器和控制器，是两种不同总线间的总线接口 内部包含兼容协议及总线信号和数据缓冲电路；把一条总线映 射到另一条总线上 北桥：连接CPU总线和PCI总线的桥 南桥：连接PCI总线和本地总线(如ISA)的桥 (2) PCI总线芯片组 ——实现总线桥功能的一组大规模集成专用电路 保持主板结构不变前提下，改变这些芯片组的设计，即可适应 不同微处理器的要求 4. 多级总线结构中接口与总线的连接
2.4 I/O设备与I/O设备接口
2.4.1 I/O设备及其接口的作用
1. I/O设备的作用 2. I/O设备接口的作用——连接与转换
2.4.2 I/O设备的类型及设备的逻辑概念
计算机系统结构第2章
计算机系统结构第2章第⼆章指令系统第⼀节指令系统设计概述⼀、指令系统概述1、指令系统的设计、应⽤及实现(1)指令系统的设计*机器指令：计算机硬件实现的运算或操作的命令；第i 种格式：OP i A 1A 2编码⽰例：00110 000~111 000~111功能⽰例：A 1←(A 1)+(A 2)第j 种格式：OP j A 编码⽰例：10110 000~111功能⽰例：A←(A)+1*指令系统设计：定义所有机器指令的格式(含编码)。
*指令系统：所有机器指令的集合；第1种：第2种：…第n 种：OP 1A 1A 2OP 2A OP n A 1A 2…(2)指令系统的应⽤第i种指令应⽤⽰例a：00110 000 001 功能AH←(AH)+(AL)⽰例b：00110 011 000 功能BL←(BL)+(AH)应⽤程序⽰例：从主存地址为2000H开始的100个元素累加求和机器指令格式机器指令程序汇编程序1011wreg data 1011001001100100 CX←1001011100100000000 00100000LP：BX←2000H1011000000000000 AL←0 0000000w mod reg r/m 0000000100000111AL←AL+[BX] 01000reg 01000001 BX←BX+1 11100010 disp 11100010 11111000 LOOP LP*指令系统应⽤：按指令格式要求，根据应⽤需要、编写程序中的指令(即指令格式的实例)。
(3)指令系统的实现指令功能实现步骤—ID 对IR 的OP 译码，⽤输出信号控制某⼀部件⼯作；ID 对IR 的A 译码，⽤输出信号控制相关REG 的读/写；信号有效时间由时序部件及该指令功能实现步骤决定。
指令操作或运算—部件功能实现及数据传递等的组合。
*指令系统实现：按指令格式要求，⽤硬件实现指令功能。
*设计/应⽤实现三者关系：类似C 语⾔设计、⽤C 语⾔编程、C 语⾔编译及执⾏平台！☆指令系统的实质—软件与硬件之间的界⾯(“约定”)！指令译码器ID I OP A 内部总线CPU ID D 功能部件1功能部件n …寄存器1寄存器m…指令寄存器IR ：……存储总线MAR/MDR2、指令系统涉及内容(1)指令格式包含信息分析第i种指令格式：OP i A1A2②数据：(A1)=OP i⽀持类型的地址为A1的数据①操作：A1←(A1) OP i(A2) 或A 2←(A2) OP i(A1)硬件⽀持的数据类型(含数据长度)可存放数据部件类型、部件的编址⽅式部件中同⼀数据地址的表⽰⽅式(2)涉及内容*指令集结构：指令集总体框架，如存放部件、寄存器数量;*指令集功能：⽀持操作的类型；*数据表⽰：操作⽀持的数据类型、数据存储格式等。
计算机组成原理第02章 计算机中的信息表示
2.1 数值型数据的表示方法
2.1.2 带符号数的表示 2. 补码表示法 ⑴ 补码定义 ·通式 [X]补=M+X (mod M) 数X对模M 的补 数称作其补码 X>0， 作为正常溢出量可以舍去。 若X>0，则模 M 作为正常溢出量可以舍去。 因而正数的补码就是其本身， 因而正数的补码就是其本身，形式上与原码 相同。 相同。
2.1 数值型数据的表示方法
2.1.3 数的定点表示与浮点表示 2. 浮点表示法 浮点数格式(原理性) ⑴ 浮点数格式(原理性) N =±RE×M 其中： 其中： N ：真值 RE ：比例因子 E ：阶码 R ：阶码的底 M ：尾数 一般采取规格化的约定 一般采取规格化 规格化的约定
Ef Em
…
E2 E1 Mf M1 M2
2.1 数值型数据的表示方法
2.1.3 数的定点表示与浮点表示 ⑵ 带符号定点整数 设代码序列为： ……X 设代码序列为：XnXn-1……X1X0 ，Xn为符号位
原码 典型值 真值 最大正数 非零最小正数
2n-1 1
补码 真值
2n-1 1 -2n -1
代码序列
01…… ……11 …… 00…… ……01 ……
第2章 计算机中的信息表示
重点：定点、浮点数的表示； 重点：定点、浮点数的表示；操作码扩展技 术；指令系统的设计 难点：浮点数的IEEE754格式表示， 难点：浮点数的IEEE754格式表示，定点和 IEEE754格式表示 浮点数的表示范围，浮点数的规格化问题， 浮点数的表示范围，浮点数的规格化问题， 操作码扩展技术，指令系统的设计 操作码扩展技术，
2.1 数值型数据的表示方法
2.1.2 带符号数的表示 3. 反码表示法 若定点小数的反码序列为X ·若定点小数的反码序列为X0.X1X2……Xn,则 X X 1>X≥0 [X]反= 0>X≥2-2-n+X 0>X≥-1 若定点整数的反码序列为X ·若定点整数的反码序列为XnXn-1……X1X0,则 X X 2n>X≥0 [X]反= 0>X≥2n+1-1+X 0>X≥-2n
计算机系统结构课后答案chap2-answer
第二章计算机指令集结构设计2.1 名词解释1.堆栈型机器——CPU中存储操作数的单元是堆栈的机器。
2.累加型机器——CPU中存储操作数的单元是累加器的机器。
3.通用寄存器型机器——CPU中存储操作数的单元是通用寄存器的机器。
4.CISC——复杂指令集计算机。
5.RISC——精简指令集计算机。
2.2堆栈型机器、累加器型机器和通用寄存器型机器各有什么优缺点？2.3常见的三种通用寄存器型机器的优缺点各有哪些？2.4 指令集结构设计所涉及的内容有哪些？(1)指令集功能设计：主要有RISC和CISC两种技术发展方向；(2)寻址方式的设计：设置寻址方式可以通过对基准程序进行测试统计，察看各种寻址方式的使用频度，根据适用频度设置相应必要的寻址方式；(3)操作数表示和操作数类型：主要的操作数类型和操作数表示的选择有，浮点数据类型（可以采用IEEE 754标准）、整型数据类型（8位、16位、32位的表示方法）、字符型（8位）、十进制数据类型（压缩十进制和非压缩十进制数据表示）等等。
(4)寻址方式的表示：可以将寻址方式编码与操作码中，也可将寻址方式作为一个单独的域来表示。
(5)指令集格式的设计：有固定长度编码方式、可变长编码方式和混合编码方式三种选择。
2.5 简述CISC计算机结构指令集功能设计的主要目标。
从当前的计算机技术观点来看，CISC结构有什么缺点？CISC结构追求的目标是强化指令功能，减少程序的指令条数，以达到提高性能的目的。
从目前的计算机技术观点来看，CISC结构存在以下几个缺点：(1)在CISC结构的指令系统中，各种指令的使用频率相差悬殊。
(2)CISC结构的指令系统的复杂性带来了计算机体系结构的复杂性，这不仅增加了研制时间和成本，而且还容易造成设计错误。
(3)CISC结构的指令系统的复杂性给VLSI设计带来了很大负担，不利于单片集成。
(4)CISC结构的指令系统中，许多复杂指令需要很复杂的操作，因而运行速度慢。
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大约1/4的load指令和ALU指令采用了立即数寻址。
2.2 寻址方式
立即数的取值范围
2.2 寻址方式
立即数取值的大小也影响到指令长度 最常用的是较小的立即数 有时也会用到较大的立即数（主要用于地址 计算） 测试表明，16位的长度覆盖大约80%，8位 可以覆盖大约50%。
2.1 指令集结构的分类
其中，CPU中操作数的存储方法，即在CPU中用来存 储操作数的存储单元的类型，是各种指令集结构之间 的最主要区别所在。
CPU中用来存储操作数的存储单元
堆栈 累加器 通用寄存器组
2.1 指令集结构的分类
将指令系统的结构分为三种类型
堆栈结构 累加器结构 通用寄存器结构
IBM 360/370 VAX VAX
2.1 指令集结构的分类
通用寄存器型结构进一步细分为3种类型 寄存器－寄存器型（RR型） 寄存器－存储器型（RM型） 存储器－存储器型（MM型）
3种通用寄存器型结构的优储器操作数。
2.1 指令集结构的分类 指令系统结构类型 优 点
对于最后4种类型的操作，不同指令系统结构 的支持大不相同 。
2.3 指令系统的设计和优化
操作类型
算术和逻辑运算 数据传输 控制 系统 浮点
实
例
算术运算和逻辑操作：加，减，乘，除，与，或等 load，store 分支，跳转，过程调用和返回，自陷等 操作系统调用，虚拟存储器管理等 浮点操作：加，减，乘，除，比较等
2.3 指令系统的设计和优化
在设计新的指令系统时，一般按以下步骤反复多次地 进行，直至指令系统的效能达到很高为止。 1. 根据应用，初拟出指令的分类和具体的指令。 2. 试编出用该指令系统设计的各种高级语言的编译 程序。 3. 对各种算法编写大量测试程序并进行模拟测试， 看指令系统的操作码和寻址方式效能是否都比较 高。 4. 将程序中高频出现的指令串复合，将其改成一条 强功能新指令，即改用硬件方式实现，而将出现 频度很低的指令的操作改成用基本指令组成的指 令串来完成，即用软件方式实现。
对于不同类型的结构，操作数的位置、个数 以及操作数的给出方式（显式或隐式）也会 不同。 显式给出：用指令字中的操作数字段给出 隐式给出：使用事先约定好的单元
2.1 指令集结构的分类
例: 表达式C=A+B在4种类型指令系统结构上的代码。 假设：A、B、C均保存在存储器单元中，并且不能 破坏A和B的值。
2.2 寻址方式
寻址方式：指令系统中如何形成所要访 问的数据的地址。
寻址方式可以指明指令中的操作数是一个 常数、一个寄存器操作数或者是一个存储 器操作数。 对于存储器操作数来说，由寻址方式确定 的存储器地址称为有效地址。
2.2 寻址方式
一些操作数寻址方式
：赋值操作 Mem：存储器 Regs：寄存器组 方括号：表示内容
2.1 指令集结构的分类
• ALU指令中操作数个数和存储器操作数个数的典型组合
ALU指令中存 储器操作数的个数 ALU指令中 操作数的最多个数 结构 类型 机器实例
0
3
2
RR
RM RM MM MM
MIPS，SPARC，Alpha， PowerPC，ARM
1 3 2 3 2 3
IBM 360/370，Intel 80x86，Motorola 68000
寄存器－存储器型
（1，2）
存储器－存储器型
（2，2） 或（3，3）
目标代码最紧凑，不需要 设置寄存器来保存变量。
指令字长变化很大，特别是3操作数 指令。而且每条指令完成的工作也 差别很大。对存储器的频繁访问会 使存储器成为瓶颈。这种类型的指 令系统结构现在已不用了。
第2章 计算机指令系统的设计
Mem[ ]：存储器的内容 Regs[ ]：寄存器的内容 Mem[Regs[R1]]：以寄存器R1中的内容作为地址 的存储器单元中的内容
寻址方式 2.2
寄存器寻址
立即值寻址 偏移寻址 寄存器间接寻址 索引寻址 直接寻址或 绝对寻址 存储器间接寻址
指令实例 寻址方式
ADD R1 , R2
ADD R3 , #6 ADD R3 , 120(R2) ADD R4 , (R2) ADD R4 , (R2 + R3) ADD R4 , (1010) ADD R2 , @(R4)
含
Regs[R1]←Regs[R1]＋Regs[R2]
Regs[R3]←Regs[R3]＋6
义
Regs[R3]←Regs[R3]＋Mem[120+Regs[R2]] Regs[R4]←Regs[R4]＋Mem[Regs[R2]] Regs[R4]←Regs[R4]＋Mem[Regs[R2]+Regs[R3]] Regs[R4]←Regs[R4]＋Mem[1010] Regs[R2]←Regs[R2]＋Mem[Mem[Regs[R4]]]
堆 栈 push A push B Add pop C 累加器 load A add B 寄存器（RM型） load R1，A add R1，B 寄存器（RR型） load R1，A load R2，B add R3，R1，R2
store C
store R1，C
store R3，C
2.1 指令集结构的分类
2.4 MIPS指令系统结构
第2章 计算机指令系统的设计
计算机指令集结构的设计是计算机体系结构设计的核心问题 之一，是软、硬件功能分配最主要的界面，它历来是计算机体系 结构设计者、系统软件设计者和硬件设计者所共同关注的问题。
2.1 指令集结构的分类
一般来说，可以从以下5个因素考虑对计算机的指令 集结构进行分类： 1. CPU中操作数的存储方法 2. 指令中显式表示的操作数个数 3. 操作数的寻址方式 4. 指令集所提供的操作类型 5. 操作数的类型和大小
寄存器－寄存器型
（0，3） 指令字长固定，指令结构 简洁，是一种简单的代码 生成模型，各种指令的执 行时钟周期数相近。 可以在ALU指令中直接对 存储器操作数进行引用， 而不必先用load指令进行 加载。容易对指令进行编 码，目标代码比较紧凑。
缺 点
与指令中含存储器操作数的指令系 统结构相比，指令条数多，目标代 码不够紧凑，因而程序占用的空间 比较大。 指令中的两个操作数不对称。在一 条指令中同时对寄存器操作数和存 储器操作数进行编码，有可能限制 指令所能够表示的寄存器个数。指 令的执行时钟周期数因操作数的来 源（寄存器或存储器）不同而差别 比较大。
2.1 指令集结构的分类
根据ALU指令的操作数的两个特征对通用寄存器型结 构进一步细分 ALU指令的操作数个数 3个操作数的指令 两个源操作数、一个目的操作数 2个操作数的指令 其中一个操作数既作为源操作数，又作为目的 操作数。 ALU指令中存储器操作数的个数 可以是0～３中的某一个，为0表示没有存储器操 作数。
2.2 寻址方式
位移量字段的大小直接影响到指令的长度。 从图中可以看出：
程序所使用的偏移量大小分布十分广泛
主要是由于在存储器中所保存的数据并不是十分集中 ，需要使用不同的偏移量对其进行访问。
较小的偏移量和较大的偏移量均占有相当大的比 例。
2.2 寻址方式
立即数寻址方式 立即数寻址方式的使用频度
24% 16% 1% 6% 1% 0% 6% 3% 寄存器间接寻址 立即数寻址 偏移寻址 11% 17%
存储器间接寻址
缩放寻址
立即数寻址方式和偏移寻址方式的使用频度最高 。
2.2 寻址方式
偏移寻址
偏移量的取值范围
在load-store结构的机器（Alpha）上运行SPEC CPU2000基准程序
通用寄存器型结构
现代指令系统结构的主流 在灵活性和提高性能方面有明显的优势
跟其它的CPU内部存储单元一样，寄存器的访问
速度比存储器快。 对编译器而言，能更加容易、有效地分配和使用 寄存器。
寄存器可以用来存放变量。
（因为寄存器比存储器快）
（1）减少对存储器的访问，加快程序的执行速度；
（2）用更少的地址位（相对于存储器地址来说）来对寄 存器进行寻址，从而有效地减少程序的目标代码的 大小。
2.2 寻址方式
采用多种寻址方式可以显著地减少程序的 指令条数，但可能增加计算机的实现复杂度 以及指令的CPI。
2.2 寻址方式
各种寻址方式的使用情况统计结果
在VAX机器上运行gcc、Spice和Tex 基准程序
70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0%
Tex
Spice
gcc 55% 43% 39% 32% 40%
计算机系统结构
计算机系统结构
第2章 计算机指令系统的设计
2.1 指令集结构的分类 2.2 寻址方式 2.3 指令系统的设计和优化
2.3.1 2.3.2 2.3.3 2.3.4
按CISC方向发展和改进指令系统 按RISC方向发展和改进指令系统 指令操作码的优化 指令字格式的优化
2.3 指令系统的设计和优化
正交性：在指令中各个不同含义的字 段，如操作类型、数据类型、寻址方 式字段等，在编码时应互不相关、相 互独立。 高效率：指指令的执行速度快、使用 频度高。 兼容性：主要是要实现向后兼容，指 令系统可以增加新指令，但不能删除 指令或更改指令的功能。