計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)第二章new

1、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)第二章 數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)基本要求1.領(lǐng)會(huì)數(shù)據(jù)表示與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的關(guān)系，自定義數(shù)據(jù)表示中標(biāo)志符數(shù)據(jù)表示的優(yōu)點(diǎn)，掌握浮點(diǎn)數(shù)的表示方法。2.了解指令系統(tǒng)中三種面向的尋址方式。理解邏輯地址變換成物理地址中所采用的靜態(tài)再定位和動(dòng)態(tài)再定位的方法。基址尋址和變址尋址的差別。領(lǐng)會(huì)信息在主存中按整數(shù)邊界存貯的含義、編址要求、存在問(wèn)題和適用場(chǎng)合。3.熟練掌握等長(zhǎng)碼編碼、哈夫曼編碼和擴(kuò)展操作碼的編碼方法并能針對(duì)題目的具體要求設(shè)計(jì)出比較優(yōu)化的指令格式。4.了解改進(jìn)指令系統(tǒng)所要達(dá)到的目標(biāo)以及所采取的思路和辦法。5.了解CISC的問(wèn)題和RISC的優(yōu)點(diǎn)。 本章的重點(diǎn)和難點(diǎn)本章的重點(diǎn)是：自定義數(shù)據(jù)表示；浮點(diǎn)數(shù)尾數(shù)

2、的基值選擇；數(shù)的下溢處理方法；尋址方式中的再定位技術(shù)；信息在存貯器中按整數(shù)邊界存貯的概念；操作碼和指令字格式的優(yōu)化；CISC指令系統(tǒng)的改進(jìn)途徑綜述；RISC概念及所采用的基本技術(shù)等。本章的難點(diǎn)是：浮點(diǎn)數(shù)尾數(shù)基值的選擇；操作碼和指令字格式的優(yōu)化設(shè)計(jì)。一、浮點(diǎn)數(shù)據(jù)表示一、浮點(diǎn)數(shù)據(jù)表示一、浮點(diǎn)數(shù)據(jù)表示一、浮點(diǎn)數(shù)據(jù)表示1 定點(diǎn)數(shù)計(jì)算機(jī)的缺點(diǎn)例如：太陽(yáng)的重量約為：0.2*1034克； 一個(gè)電子的重量約為：0.9*10-27克； 二者相差：1061; 若用定點(diǎn)數(shù)表示：2x1061 x203位；無(wú)符號(hào)長(zhǎng)整型：04294967295結(jié)論：可表示的數(shù)范圍小。一、浮點(diǎn)數(shù)據(jù)表示一、浮點(diǎn)數(shù)據(jù)表示0.21034尾數(shù)階碼

3、？2 通用計(jì)算機(jī)浮點(diǎn)數(shù)的表示格式2 通用計(jì)算機(jī)浮點(diǎn)數(shù)的表示格式00100100111010.6252147一、浮點(diǎn)數(shù)據(jù)表示一、浮點(diǎn)數(shù)據(jù)表示2 通用計(jì)算機(jī)浮點(diǎn)數(shù)的表示格式00100100111010.6252147一、浮點(diǎn)數(shù)據(jù)表示一、浮點(diǎn)數(shù)據(jù)表示尾數(shù)尾數(shù)2 通用計(jì)算機(jī)浮點(diǎn)數(shù)的表示格式00100100111010.6252147一、浮點(diǎn)數(shù)據(jù)表示一、浮點(diǎn)數(shù)據(jù)表示尾數(shù)尾數(shù)尾數(shù)階碼2 通用計(jì)算機(jī)浮點(diǎn)數(shù)的表示格式00100100111010.6252147一、浮點(diǎn)數(shù)據(jù)表示一、浮點(diǎn)數(shù)據(jù)表示尾數(shù)尾數(shù)尾數(shù)階碼階符2 通用計(jì)算機(jī)浮點(diǎn)數(shù)的表示格式00100100111010.6252147一、浮點(diǎn)數(shù)據(jù)表示一、浮點(diǎn)數(shù)

4、據(jù)表示尾數(shù)尾數(shù)尾數(shù)階碼階符數(shù)符2 通用計(jì)算機(jī)浮點(diǎn)數(shù)的表示格式0010110011101在不同的計(jì)算機(jī)上，浮點(diǎn)數(shù)的表示方式也不相同。一般地，階碼部分用二進(jìn)制表示。尾數(shù)用幾進(jìn)制表示，隨機(jī)器而異。一、浮點(diǎn)數(shù)據(jù)表示一、浮點(diǎn)數(shù)據(jù)表示2 通用計(jì)算機(jī)浮點(diǎn)數(shù)的表示格式0010110011101尾數(shù)用二進(jìn)制表示:（0.10011101）225一、浮點(diǎn)數(shù)據(jù)表示一、浮點(diǎn)數(shù)據(jù)表示2 通用計(jì)算機(jī)浮點(diǎn)數(shù)的表示格式0010110011101尾數(shù)用十六進(jìn)制表示:（0.9D）16165一、浮點(diǎn)數(shù)據(jù)表示一、浮點(diǎn)數(shù)據(jù)表示001019D2 通用計(jì)算機(jī)浮點(diǎn)數(shù)的表示格式0010110011101尾數(shù)用八進(jìn)制表示：（0.472）885一、

5、浮點(diǎn)數(shù)據(jù)表示一、浮點(diǎn)數(shù)據(jù)表示00101472一、浮點(diǎn)數(shù)據(jù)表示一、浮點(diǎn)數(shù)據(jù)表示一、浮點(diǎn)數(shù)據(jù)表示-舉例一、浮點(diǎn)數(shù)據(jù)表示一、浮點(diǎn)數(shù)據(jù)表示尾數(shù)(16)尾數(shù)(10)尾數(shù)(2)階碼 00 01 10 11p=2m=4rm=16規(guī)格化浮點(diǎn)數(shù)11/1600011/1611625622/1600102/1623251233/1600113/1634876844/1601004/16464102455/1601015/16580128066/1601106/16696153677/1601117/167112179288/1610008/168128204899/1610019/1691441304A10/161

6、01010/16101602560B11/16101111/16111762816C12/16110012/16121923072D13/16110113/16132083328E14/16111014/16142243584F15/16111115/16152403840一、浮點(diǎn)數(shù)據(jù)表示一、浮點(diǎn)數(shù)據(jù)表示3 浮點(diǎn)數(shù)尾數(shù)基值的選擇1）表數(shù)范圍：隨著rm增大，表數(shù)范圍增大；2）表數(shù)個(gè)數(shù)：隨著rm增大，表數(shù)個(gè)數(shù)增大；3）表數(shù)精度：隨著rm增大，表數(shù)精度降低；4）精度損失：隨著rm增大，精度損失降低；5）運(yùn)算速度：隨著rm增大，運(yùn)算速度提高。一、浮點(diǎn)數(shù)據(jù)表示一、浮點(diǎn)數(shù)據(jù)表示4.尾數(shù)舍入處理1）恒舍法又

7、稱(chēng)截?cái)喾ā⒈厣岱ǖ?。?yōu)點(diǎn)：容易實(shí)現(xiàn)。缺點(diǎn)：累計(jì)誤差較大；結(jié)論：運(yùn)算精度要求較高的應(yīng)用場(chǎng)合，不宜使用。一、浮點(diǎn)數(shù)據(jù)表示一、浮點(diǎn)數(shù)據(jù)表示一、浮點(diǎn)數(shù)據(jù)表示-尾數(shù)舍入處理4.尾數(shù)舍入處理2）恒置法 恒置法又稱(chēng)恒置r/2法(r是尾數(shù)的基值)，或恒置1法(當(dāng)尾數(shù)基值取2時(shí))，或馮諾依曼法(Von Neumann rounding)。優(yōu)點(diǎn)：容易實(shí)現(xiàn)，積累誤差較?。蝗秉c(diǎn)：損失一位精度，表數(shù)精度降低；現(xiàn)狀：廣泛應(yīng)用于精度要求不太高的各種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中。一、浮點(diǎn)數(shù)據(jù)表示一、浮點(diǎn)數(shù)據(jù)表示一、浮點(diǎn)數(shù)據(jù)表示-尾數(shù)舍入處理4.尾數(shù)舍入處理3) 舍入法優(yōu)點(diǎn)：精度高，積累誤差??；缺點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)困難（需增設(shè)附加位），處理速度慢（連續(xù)

8、進(jìn)位，右規(guī)）；現(xiàn)狀：很少使用，主要用于軟件實(shí)現(xiàn)的浮點(diǎn)運(yùn)算中。一、浮點(diǎn)數(shù)據(jù)表示一、浮點(diǎn)數(shù)據(jù)表示一、浮點(diǎn)數(shù)據(jù)表示-尾數(shù)舍入處理4.尾數(shù)舍入處理4）查表法優(yōu)點(diǎn)：速度快，平均誤差可調(diào)節(jié)到0。缺點(diǎn)：硬件開(kāi)銷(xiāo)加大?，F(xiàn)狀：逐漸普遍使用。一、浮點(diǎn)數(shù)據(jù)表示一、浮點(diǎn)數(shù)據(jù)表示二、信息在主存中按整數(shù)邊界存儲(chǔ)二、信息在主存中按整數(shù)邊界存儲(chǔ)二、尋址方式1. 三種面向的尋址方式： 面向寄存器、面向堆棧和面向主存的尋址方式。2. 邏輯地址與物理地址 邏輯地址：程序員編寫(xiě)程序時(shí)所用到的地址，如內(nèi)存變量、程序標(biāo)號(hào)； 物理地址：程序在主存中的實(shí)際地址。二、信息在主存中按整數(shù)邊界存儲(chǔ)二、信息在主存中按整數(shù)邊界存儲(chǔ)二、尋址方式3. 程

9、序在主存中的定位技術(shù) 程序裝入物理主存進(jìn)行定位時(shí)，需要進(jìn)行邏輯地址空間到物理地址空間的映象和變換。程序定位所采用的技術(shù)有靜態(tài)再定位和動(dòng)態(tài)再定位兩種。 程序的靜態(tài)再定位是在目的程序裝入主存時(shí)，通過(guò)調(diào)用系統(tǒng)配備的裝入程序，把目的程序的邏輯地址用軟件的方法逐一修改成物理地址。程序執(zhí)行時(shí)，物理地址就不能再改變了。 二、信息在主存中按整數(shù)邊界存儲(chǔ)二、信息在主存中按整數(shù)邊界存儲(chǔ)二、尋址方式3. 程序在主存中的定位技術(shù) 動(dòng)態(tài)再定位的一種方法是：設(shè)置基址寄存器和地址加法器硬件，在程序裝入主存時(shí)，只將裝入主存的起始地址存入該道程序的基址寄存器中即可，指令的地址字段不作修改。程序在執(zhí)行過(guò)程中，不斷將邏輯地址經(jīng)地址

10、加法器加上基址寄存器中的基址，才形成物理地址訪存。 動(dòng)態(tài)再定位技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展是采用映象表來(lái)進(jìn)行地址的映象和變換，它可以使每個(gè)用戶在機(jī)器上運(yùn)行比實(shí)際主存容量大得多的程序。二、信息在主存中按整數(shù)邊界存儲(chǔ)二、信息在主存中按整數(shù)邊界存儲(chǔ)二、尋址方式二、二、信息在主存中按整數(shù)邊界存儲(chǔ)定義：各種長(zhǎng)度的信息在主存中存放的首地址必須是該信息寬度的整數(shù)倍。分析：左圖：存儲(chǔ)空間充分利用，但訪問(wèn)速度慢； 右圖：浪費(fèi)存儲(chǔ)空間，但訪問(wèn)速度快?，F(xiàn)狀：信息在主存中按整數(shù)邊界存儲(chǔ)的方式被廣泛應(yīng)用。4 信息在主存中按整數(shù)邊界存儲(chǔ)各種長(zhǎng)度的信息在主存中存放的首地址必須是該信息寬度的整數(shù)倍01234567891011121314

11、1516171819202122232425262728293031二、二、信息在主存中按整數(shù)邊界存儲(chǔ)三、指令格式的優(yōu)化設(shè)計(jì)三、指令格式的優(yōu)化設(shè)計(jì)目的和任務(wù)：如何用最短的位數(shù)來(lái)表示指令的操作信息和地址信息，使指令的平均字長(zhǎng)最短?？s短指令的長(zhǎng)度縮短程序的長(zhǎng)度減少程序的存儲(chǔ)空間減少讀取指令的時(shí)間減少指令的譯碼時(shí)間三、指令格式的優(yōu)化設(shè)計(jì)三、指令格式的優(yōu)化設(shè)計(jì)三、指令格式的優(yōu)化設(shè)計(jì)三、指令格式的優(yōu)化設(shè)計(jì)猜一猜哪個(gè)國(guó)家?jiàn)Z得了大力神杯？中國(guó)中國(guó)古巴古巴葡萄牙葡萄牙西班牙西班牙智利智利朝鮮朝鮮德國(guó)德國(guó)巴西巴西牙買(mǎi)加牙買(mǎi)加加納加納巴拉圭巴拉圭墨西哥墨西哥法國(guó)法國(guó)英格蘭英格蘭意大利意大利韓國(guó)韓國(guó)伊朗伊朗瑞典瑞典

12、喀麥隆1 操作碼的優(yōu)化指令I(lǐng)1I2I3I4I5I6I7使用頻度（pi） 0.40.30.150.050.040.030.03三、指令格式的優(yōu)化設(shè)計(jì)三、指令格式的優(yōu)化設(shè)計(jì)H=-pilog2pi=2.17等長(zhǎng)碼的信息冗余=實(shí)際編碼平均長(zhǎng)度-H實(shí)際編碼平均長(zhǎng)度3-2.173=27.7%1 操作碼的優(yōu)化指令I(lǐng)1I2I3I4I5I6I7使用頻度(pi)0.40.30.150.050.040.030.03三、指令格式的優(yōu)化設(shè)計(jì)三、指令格式的優(yōu)化設(shè)計(jì)目前已經(jīng)找到的可以使得平均碼長(zhǎng)最短的編碼是哈夫曼編碼。哈夫曼編碼的信息冗余=實(shí)際編碼平均長(zhǎng)度-H實(shí)際編碼平均長(zhǎng)度2.2-2.172.2=1.36%指令使用頻度編

13、碼編碼長(zhǎng)度I10.401I20.3102I30.151103I40.05111005I50.04111015I60.03111105I70.03111115三、指令格式的優(yōu)化設(shè)計(jì)三、指令格式的優(yōu)化設(shè)計(jì)1 操作碼的優(yōu)化 哈夫曼編碼的缺點(diǎn)：譯碼困難三、指令格式的優(yōu)化設(shè)計(jì)三、指令格式的優(yōu)化設(shè)計(jì)1 操作碼的優(yōu)化實(shí)用的操作碼編碼應(yīng)當(dāng)采用擴(kuò)展操作碼編碼。它限定使用少數(shù)幾種碼長(zhǎng)；使用頻度高的用短碼、使用頻度低的用長(zhǎng)碼。長(zhǎng)碼在沒(méi)有使用的短碼的基礎(chǔ)上擴(kuò)展得到。短碼都不能是長(zhǎng)碼的前綴指令 使用頻度 編碼編碼長(zhǎng)度I10.4002I20.3012I30.15102I40.0511003I50.0411013I60.0

14、311103I70.0311113三、指令格式的優(yōu)化設(shè)計(jì)三、指令格式的優(yōu)化設(shè)計(jì)1 操作碼的優(yōu)化平均碼長(zhǎng)=2.3信息冗余=5.65%只有兩種碼長(zhǎng)。嗯，比較實(shí)用！2、操作碼優(yōu)化舉例例1 某機(jī)有10條指令，使用頻度分別為0.01，0.15，0.12，0.07，0.08，0.13，0.15，0.03，0.17，0.09。 (1)計(jì)算用等長(zhǎng)操作碼編碼的平均碼長(zhǎng)； (2)構(gòu)造Huffman樹(shù)； (3)寫(xiě)出Huffman的一種編碼，并計(jì)算其平均碼長(zhǎng)； (4)只有二種碼長(zhǎng)，求平均碼長(zhǎng)最短的擴(kuò)展操作碼編碼及其平均碼長(zhǎng)。2、操作碼優(yōu)化舉例例2 (1)采用Huffman或擴(kuò)展操作碼編碼時(shí)，要求短碼與長(zhǎng)碼要符合什么樣

15、的原則，才使解(譯)碼唯一?(2)某機(jī)指令字長(zhǎng)16位，共有單地址指令和雙地址指令二類(lèi)，若每個(gè)地址字段均為5位，且雙地址指令已用了X條，問(wèn)單地址指令最多可以有多少條?在操作碼優(yōu)化過(guò)的基礎(chǔ)之上，再在地址碼和尋址方式上采取相關(guān)的措施，就可以減少程序的總位數(shù)，使指令字格式達(dá)到優(yōu)化。指令字格式優(yōu)化的措施概括起來(lái)包括以下幾點(diǎn)：(1) 采用擴(kuò)展操作碼，并根據(jù)指令的頻度的分布狀況，選擇合適的編碼方式，以縮短操作碼的平均碼長(zhǎng)。(2) 采用諸如基址、變址、相對(duì)、寄存器、寄存器間接、段式存放、隱式指明等多種尋址方式，以縮短地址碼的長(zhǎng)度。3.指令字格式優(yōu)化的措施(3) 采用0、1、2、3等多種地址制，以增強(qiáng)指令的功能

16、，且讓常用的短操作碼與多個(gè)地址字段相配合。(4) 在同種地址制內(nèi)再采用多種地址形式，如寄存器-寄存器、寄存器-主存、主存-主存等，讓每種地址字段可以有多種長(zhǎng)度，且讓長(zhǎng)操作碼與短地址碼進(jìn)行組配。(5) 在維持指令字在存貯器中按整數(shù)邊界存貯的前提下，使用多種不同的指令字長(zhǎng)度。 3.指令字格式優(yōu)化的措施四、自定義數(shù)據(jù)表示四、自定義數(shù)據(jù)表示1.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)表示的關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)反映了應(yīng)用中要用到的各種數(shù)據(jù)元素之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系，是軟硬功能分配中軟的方面。數(shù)據(jù)表示是機(jī)器硬件能直接識(shí)別，并能在機(jī)器上直接對(duì)其操作的數(shù)據(jù)類(lèi)型，表現(xiàn)在它能有對(duì)這種類(lèi)型的數(shù)據(jù)進(jìn)行操作的指令和運(yùn)算部件。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是要通過(guò)軟件映象，變換成機(jī)器

17、中所具有的數(shù)據(jù)表示來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 在進(jìn)行軟件和硬件的功能分配時(shí)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮在機(jī)器中設(shè)置哪些數(shù)據(jù)表示，使之能對(duì)應(yīng)用中用到的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有高的實(shí)現(xiàn)效率。在定點(diǎn)、浮點(diǎn)、邏輯、十進(jìn)制、字符串等基本數(shù)據(jù)表示的基礎(chǔ)之上，根據(jù)應(yīng)用的需要，應(yīng)考慮在機(jī)器中引入哪些高級(jí)的數(shù)據(jù)表示，以便能為數(shù)據(jù)的實(shí)現(xiàn)提供更好的支持。高級(jí)語(yǔ)言：數(shù)據(jù)類(lèi)型不同，運(yùn)算符公用 float a,b,c; c=a+b;機(jī)器語(yǔ)言程序：與高級(jí)語(yǔ)言程序相反，用操作碼指明操作數(shù)的類(lèi)型。 Fadd c,a,b;自定義數(shù)據(jù)表示：為縮短高級(jí)語(yǔ)言和機(jī)器語(yǔ)言的語(yǔ)義差距。有帶標(biāo)志符的數(shù)據(jù)表示和帶數(shù)據(jù)描述符的數(shù)據(jù)表示兩類(lèi)。 2.自定義數(shù)據(jù)表示1）帶標(biāo)志符數(shù)據(jù)表

18、示是讓數(shù)據(jù)字本身帶有數(shù)據(jù)或信息的類(lèi)型標(biāo)志； 標(biāo)志符由編譯程序建立，對(duì)高級(jí)語(yǔ)言源程序應(yīng)設(shè)計(jì)成透明的。 這樣，機(jī)器語(yǔ)言程序中的操作碼與高級(jí)語(yǔ)言程序中的運(yùn)算符一樣，可以通用于各種數(shù)據(jù)類(lèi)型的操作了。 2.自定義數(shù)據(jù)表示類(lèi)型標(biāo)志數(shù)據(jù)值采用標(biāo)志符數(shù)據(jù)表示的優(yōu)點(diǎn)：可以簡(jiǎn)化編譯程序，提高編譯效率；簡(jiǎn)化指令系統(tǒng)和程序設(shè)計(jì)；便于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)類(lèi)型的一致性校驗(yàn)；能由硬件自動(dòng)完成對(duì)數(shù)據(jù)類(lèi)型的轉(zhuǎn)換，縮短解題的時(shí)間；支持?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)要求其實(shí)現(xiàn)與數(shù)據(jù)類(lèi)型無(wú)關(guān)的要求；為軟件調(diào)試和應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)提供一定的支持。四、數(shù)據(jù)表示應(yīng)用范圍仍在擴(kuò)大！2.自定義數(shù)據(jù)表示四、數(shù)據(jù)表示采用標(biāo)志符數(shù)據(jù)表示可能存在的問(wèn)題：會(huì)因增設(shè)了標(biāo)志符字段而增加一部分

19、存貯空間開(kāi)銷(xiāo)。但只要合理地設(shè)計(jì)，共增加量是不會(huì)很大的，甚至還會(huì)因指令操作碼的縮短、編譯程序的縮短等，使存貯空間總的開(kāi)銷(xiāo)有所減少。采用標(biāo)志符數(shù)據(jù)表示后，雖會(huì)增加單條指令的執(zhí)行時(shí)間，但程序編寫(xiě)和調(diào)試所用時(shí)間的縮短，有可能使宏觀解題時(shí)間的總開(kāi)銷(xiāo)減少。2.自定義數(shù)據(jù)表示四、數(shù)據(jù)表示2）數(shù)據(jù)描述符主要用于描述向量、數(shù)組、記錄等成塊的數(shù)據(jù)。它與標(biāo)志符數(shù)據(jù)表示的差別是：標(biāo)志符與數(shù)據(jù)合存于一個(gè)存貯單元中，用于描述單個(gè)數(shù)據(jù)的類(lèi)型和屬性；描述符則是與數(shù)據(jù)分開(kāi)存放的，它主要用于描述成塊數(shù)據(jù)的特征。 2.自定義數(shù)據(jù)表示四、數(shù)據(jù)表示以B6700為例，其數(shù)據(jù)描述符和數(shù)據(jù)的形式分別如下圖所示：101各種標(biāo)志符長(zhǎng)度地址000

20、數(shù)據(jù)描述符描述數(shù)據(jù)的特性數(shù)據(jù)塊內(nèi)首元素的地址塊內(nèi)元素個(gè)數(shù)優(yōu)點(diǎn)：一條指令可操作塊內(nèi)所有元素。2.自定義數(shù)據(jù)表示四、數(shù)據(jù)表示3) 向量數(shù)組數(shù)據(jù)表示與向量處理機(jī) 向量、數(shù)組數(shù)據(jù)表示，為向量、數(shù)組數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)和運(yùn)算提供了更多的硬件支持，硬件上設(shè)置有豐富的向量或陣列(數(shù)組)運(yùn)算類(lèi)指令，配有流水線或處理單元陣列等高速的運(yùn)算部件，直接高效地支持對(duì)向量、數(shù)組的運(yùn)算。 向量處理機(jī)就是有向量數(shù)據(jù)表示的處理機(jī)。標(biāo)量處理機(jī)：經(jīng)常用循環(huán)；向量處理機(jī)：很少用循環(huán)；2.自定義數(shù)據(jù)表示四、數(shù)據(jù)表示4) 堆棧數(shù)據(jù)表示與堆棧計(jì)算機(jī) 為支持子程序調(diào)用和表達(dá)式的編譯，發(fā)展出了面向以堆棧操作為主，有堆棧數(shù)據(jù)表示的堆棧計(jì)算機(jī)，或稱(chēng)為堆

21、棧機(jī)器。它與只有簡(jiǎn)單的軟堆棧(在主存中開(kāi)辟一個(gè)堆棧區(qū))和少量功能簡(jiǎn)單的堆棧指令(如PUSH、POP指令)的通用寄存器型機(jī)器是不同的。 堆棧計(jì)算機(jī)表現(xiàn)于它有由高速寄存器組成的硬件堆棧，使堆棧操作的速度極高；有豐富的堆棧操作指令(多達(dá)數(shù)十條)，能直接用堆棧進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)算和處理；2.自定義數(shù)據(jù)表示四、數(shù)據(jù)表示5) 確定和引入數(shù)據(jù)表示的原則 在系統(tǒng)中，確定和引入數(shù)據(jù)表示時(shí)，除了基本的數(shù)據(jù)表示應(yīng)該有之外，對(duì)某些高級(jí)數(shù)據(jù)表示是否需要引入，主要應(yīng)看兩條基本原則：一是看引入后，系統(tǒng)效率是否顯著提高，即是否顯著減少了實(shí)現(xiàn)時(shí)間和所需的存貯空間；二是看引入的數(shù)據(jù)表示，其通用性和利用率是否較高。2.自定義數(shù)據(jù)表示五、

22、按增強(qiáng)指令功能的方向發(fā)展與改進(jìn)指令系統(tǒng)出發(fā)點(diǎn)：如何進(jìn)一步增強(qiáng)原有指令的功能以及設(shè)置更為復(fù)雜的新指令來(lái)取代原先由軟件子程序完成的功能，實(shí)現(xiàn)軟件功能的硬化（CISC）。它可以從面向機(jī)器語(yǔ)言目標(biāo)程序的優(yōu)化實(shí)現(xiàn)、面向高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)化實(shí)現(xiàn)和面向操作系統(tǒng)的優(yōu)化實(shí)現(xiàn)三個(gè)方面來(lái)改進(jìn)。改進(jìn)目標(biāo)： 希望普遍提高包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件在內(nèi)的各種機(jī)器語(yǔ)言目標(biāo)程序的實(shí)現(xiàn)效率，即縮短目標(biāo)程序的長(zhǎng)度，加快目標(biāo)程序的執(zhí)行速度，并使實(shí)現(xiàn)起來(lái)方便可行。改進(jìn)途徑： (1)通過(guò)統(tǒng)計(jì)機(jī)器語(yǔ)言目標(biāo)程序中各種指令和指令串的使用頻度（動(dòng)態(tài)和靜態(tài)）來(lái)改進(jìn)。對(duì)高頻的指令可以增強(qiáng)其功能，加快其執(zhí)行速度，縮短其指令字長(zhǎng)；對(duì)頻度很低的指令可將其功能合并

23、到某些高頻的指令中去。 (2)將常用的子程序?qū)崿F(xiàn)的功能改成強(qiáng)功能復(fù)合指令，由微程序來(lái)解釋實(shí)現(xiàn)。1 面向目標(biāo)程序的改進(jìn)改進(jìn)目標(biāo)：縮短高級(jí)語(yǔ)言和機(jī)器語(yǔ)言的語(yǔ)義差距，這樣可以縮短編譯程序的長(zhǎng)度和節(jié)省編譯所需的時(shí)間。改進(jìn)途徑： (1)統(tǒng)計(jì)高級(jí)語(yǔ)言源程序的語(yǔ)句使用頻度，增設(shè)與高頻語(yǔ)句的語(yǔ)義差別小的新指令。 (2)面向編譯來(lái)改進(jìn)指令。2 面向高級(jí)語(yǔ)言的改進(jìn)改進(jìn)途徑： (3)讓指令改進(jìn)后，使它與各種高級(jí)語(yǔ)言之間的語(yǔ)義差都有同等程度的縮小。 (4)設(shè)計(jì)有分別面向各種高級(jí)語(yǔ)言?xún)?yōu)化實(shí)現(xiàn)的多種指令系統(tǒng)，并讓他們能動(dòng)態(tài)地切換，發(fā)展自適應(yīng)系統(tǒng)。 (5)發(fā)展高級(jí)語(yǔ)言計(jì)算機(jī)(高級(jí)語(yǔ)言機(jī)器)。高級(jí)語(yǔ)言機(jī)器是不需要編譯即可運(yùn)行高級(jí)語(yǔ)言程序的計(jì)算機(jī)。2 面向高級(jí)語(yǔ)言的改進(jìn)五、按增強(qiáng)指令功能的方向發(fā)展與改進(jìn)指令系統(tǒng)改進(jìn)目標(biāo)： 縮短操作系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)之間的語(yǔ)義差距，減少運(yùn)行操作系統(tǒng)的時(shí)間和節(jié)省操作系統(tǒng)軟件所占用的存貯空間。改進(jìn)途徑： (1)通過(guò)統(tǒng)計(jì)操作系統(tǒng)中的指令和指令串的使用頻度來(lái)改進(jìn)。 (2)增設(shè)專(zhuān)用于操作系統(tǒng)的新指令。 3 面向操作系統(tǒng)優(yōu)化實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的目標(biāo)和途