张晨曦全套配套课件计算机系统结构第2章.doc

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1、第2章计算机指令集结构设计1.通常可按哪5个因素对计算机指令集结构进行分类？(1)在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。2.在对计算机指令集结构进行分类的5个因素中，哪一种是各种指令集结构之间最主要的区别？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最主要的区别。3.根据CPU内部存储单元类型，可将指令集结构分为哪几类？堆栈型指令集结构、累加器型指令集结构、通用寄存器型指令集结构。

2、4.堆栈型指令集结构、累加器型指令集结构和通用寄存器型指令集结构分别有什么优缺点？指令集结构类型优点缺点堆栈型是一种表示计算的简单模型；指令短小不能随机访问堆栈，从而很难生成有效代码。同时，由于堆栈是瓶颈，所以很难被高效地实现累加器型减少了机器的内部状态；指令短小由于累加器是唯一的暂存器，这种机器的存储器通信开销最大寄存器型易于生成高效的目标代码所有操作数均需命名，且要显式表示，因而指令比较长5.现代大多数机器均采用通用寄存器型指令集结构，为什么？主要有两个方面的原因，一是寄存器和CPU内部其他存储单元一样，要比存储器快；其次是

3、对编译器而言，可以更加容易、有效地分配和使用寄存器。6.通用寄存器型指令集结构可细分为哪三类？寄存器－寄存器型。寄存器－存储器型。存储器－存储器型。7.三种通用寄存器型指令集结构分别有什么优缺点？指令集结构类型优点缺点寄存器－寄存器型（0,3）简单，指令字长固定，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和ALU指令中含存储器操作数的指令集结构相比，指令条数多，因而其目标代码量较大寄存器－存储器（1,2）可以直接对存储器操作数进行访问，容易对指令进行编码，且其目标代码量较小指令中的操作数类型不同。在一条指令中同时对一

4、个寄存器操作数和存储器操作数进行编码，将限制指令所能够表示的寄存器个数。由于指令的操作数可以存储在不同类型的存储器单元，所以每条指令的执行时钟周期数也不尽相同存储器－存储器型（3,3）是一种最紧密的编码方式，无需“浪费”寄存器保存变量指令字长多种多样。每条指令的执行时钟周期数也大不一样，对存储器的频繁访问将导致存储器访问瓶颈问题8.从当前的计算机技术观点来看，CISC结构有什么缺点？（1）CISC结构的指令系统中，各种指令的使用频率相差悬殊。（2）CISC结构指令系统的复杂性带来了计算机系统结构的复杂性，这不仅增加了研制时间和成

5、本，而且还容易造成设计错误。（3）CISC结构指令系统的复杂性给VLSI设计增加了很大负担，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。（5）在CISC结构的指令系统中，由于各条指令的功能不均衡性，不利于采用先进的计算机系统结构技术来提高系统的性能。9.增强CISC机器的指令功能主要从哪几方面着手？(1)面向目标程序增强指令功能。(2)面向高级语言和编译程序改进指令系统。(3)面向操作系统的优化实现改进指令系统。10.RISC的设计原则是什么？（1）选取使用频率最高的指令，并补充

6、一些最有用的指令。（2）每条指令的功能应尽可能简单，并在一个机器周期内完成。（3）所有指令长度均相同。（4）只有load和store操作指令才访问存储器，其它指令操作均在寄存器之间进行。（5）以简单、有效的方式支持高级语言。11.RISC和CISC处理机的指令系统结构在指令格式、寻址方式和每条指令的周期数（CPI）三方面有哪些区别？比较内容CISCRISC指令格式变长编码定长编码寻址方式各种都有只有load/store指令可以访存CPI远远大于1为112.计算机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RIS

7、C和CISC两种技术发展方向。(2)寻址方式的设计。(3)操作数表示和操作数类型。(4)寻址方式的表示：可以将寻址方式编码于操作码中，也可以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：有变长编码格式、固定长度编码格式和混合型编码格式三种。13.指令中有哪两种表示操作数类型的方法？（1）操作数的类型由操作码的编码指定，这是最常见的一种方法。（2）数据可以附上由硬件解释的标记，由这些标记指定操作数的类型，从而选择适当的运算。14．指令中表示寻址方式的主要方法有哪些？表示寻址方式有两种常用的方法：（1）将寻址方式编于操作

8、码中，操作码在描述指令功能的同时也描述了相应的寻址方式。这种方式译码快，但操作码和寻址方式的结合不仅增加了指令的条数，导致了指令的多样性，而且增加了CPU对指令译码的难度。（2）为每个操作数设置一个地址描述符，由该地址描述符表示相应操作数的寻址方式。这种方式译码