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第二章指令系統(tǒng)(編輯修改稿)

2025-08-28 13:02 本頁(yè)面

　

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 Ii Pi 哈夫曼 1 I1i 哈夫曼 2 I2i I1 10 2 00 2 I2 00 2 10 2 I3 110 3 010 3 I4 010 3 110 3 I5 1110 3 0110 4 I6 0110 4 1110 4 I7 0111 4 01110 5 I8 11110 5 01111 5 I9 111110 6 11110 5 I10 111111 6 11111 5 可見(jiàn)，哈夫曼編碼不唯一。哈夫曼 1平均碼長(zhǎng)： I1=∑Pi I1i = 2+ 2+ 3+ 3+ 4+ 4+ 4+ 5+ 6+ 6=(位 ) 哈夫曼 2平均碼長(zhǎng)： I2=∑Pi I2i = 2+ 2+ 3+ 3+ 4+ 4+ 5+ 5+ 5+ 5=(位 ) 可見(jiàn)，平均碼長(zhǎng)唯一。信息冗余量： Rn=(1H/I1)= 3/7和 2/8擴(kuò)展編碼如下表所示： Ii Pi 3/7擴(kuò)展 I1i 2/8擴(kuò)展 I2i I1 00 2 00 2 I2 01 2 01 2 I3 10 2 1000 4 I4 11000 5 1001 4 I5 11001 5 1010 4 I6 11010 5 1011 4 I7 11011 5 1100 4 I8 11100 5 1101 4 I9 11101 5 1110 4 I10 11110 5 1111 4 3/7擴(kuò)展平均碼長(zhǎng)： I3/7=∑Pi I1i =(++) 2+(++++++) 5=(位 ) 2/8擴(kuò)展平均碼長(zhǎng)： I2/8=∑Pi I2i =(+) 2+(+++++++) 4=(位 ) 可見(jiàn)， 2/8擴(kuò)展優(yōu)于 3/7擴(kuò)展。兩種編碼的信息冗余量： Rn3/7=(1H/I3/7)=Rn2/8=(1H/I2/8)=地址碼的優(yōu)化表示地址碼在指令中所占的長(zhǎng)度最長(zhǎng)。地址碼長(zhǎng)度 =f（地址碼個(gè)數(shù)，存儲(chǔ)設(shè)備，尋址空間大小，編址方式，尋址方式）本節(jié)解決問(wèn)題： 1) 地址個(gè)數(shù)的選擇 2) 單個(gè)地址碼長(zhǎng)度如何優(yōu)化。地址碼個(gè)數(shù)選擇：通常有 3個(gè)、 2個(gè)、 1個(gè)及沒(méi)有地址碼等 4種情況。評(píng)價(jià)指令中地址個(gè)數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)： 1) 程序的存儲(chǔ)量，即程序中所有指令的長(zhǎng)度相加的總和最短。 2) 程序的執(zhí)行速度，即程序在執(zhí)行過(guò)程中訪問(wèn)主存儲(chǔ)器的信息（包括指令和數(shù)據(jù)）量的總和最短。指令字格式優(yōu)化設(shè)計(jì)的措施 1) 采用擴(kuò)展操作碼，以縮短操作碼的平均碼長(zhǎng)。 2) 采用諸如基址、變址、相對(duì)尋址、寄存器尋址、寄存器間接尋址等多種尋址方式，以縮短需要在指令中表示的地址碼長(zhǎng)度，但不減少地址碼尋址空間的大小。 3) 指令集采用零地址、一地址、二地址和三地址等多種地址制，且讓常用的短操作碼與多地址字段配合，長(zhǎng)操作碼與少地址字段配合。 4) 采用 RR、 RM、 MM等多種地址表示方式，讓每種地址字段有多種長(zhǎng)度，使長(zhǎng)度不等的操作碼與地址碼配合成規(guī)整長(zhǎng)度的指令字。 5) 在維持指令字在存儲(chǔ)器中按整數(shù)邊界存儲(chǔ)的前提下，使用多種不同的指令字長(zhǎng)度。要求指令字長(zhǎng)應(yīng)是主存存儲(chǔ)字長(zhǎng)的整數(shù)倍。表各種不同地址數(shù)指令的特點(diǎn)及適用場(chǎng)合各種不同地址數(shù)指令的特點(diǎn)及適用場(chǎng)合地址數(shù)目指令長(zhǎng)度程序存儲(chǔ)量程序執(zhí)行速度使用場(chǎng)合三地址短最大一般向量，矩陣運(yùn)算為主二地址一般很大很低一般不宜采用一地址較長(zhǎng) 較大較快連續(xù)運(yùn)算，硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 0地址最長(zhǎng) 最小最低嵌套，遞歸，變量較多二地址 R形一般最小最快多累加器，數(shù)據(jù)傳送較多例：一臺(tái)模型機(jī)共有 7條指令，各指令的使用頻率分別為 35%，25%， 20%， 10%， 5%， 3%和 2%，有 8個(gè)通用數(shù)據(jù)寄存器，2個(gè)變址寄存器。（ 1）要求操作碼的平均長(zhǎng)度最短，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)操作碼的編碼，并計(jì)算所設(shè)計(jì)操作碼的平均長(zhǎng)度。（ 2）設(shè)計(jì) 8字長(zhǎng)的寄存器寄存器型指令 3條， 16位字長(zhǎng)的寄存器存儲(chǔ)器型變址尋址方式指令 4條，變址范圍不小于177。 127。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)指令格式，并給出各字段的長(zhǎng)度和操作碼的編碼。解：（ 1）要使得到的操作碼長(zhǎng)度最短，應(yīng)采用 Huffman編碼，構(gòu)造 Huffman樹(shù)如下：由此可以得到 7條指令的編碼分別如下：指令出現(xiàn)的頻率編碼 1 35% 00 2 25% 01 3 20% 10 4 10% 110 5 5% 1110 6 3% 11110 7 2% 11111 這樣，采用 Huffman編碼法得到的操作碼的平均長(zhǎng)度為： H = 2 (++) + 3 + 4 + 5 ( + ) =+++ = 三條指令的操作碼分別為 00， 01， 10 設(shè)計(jì) 16位字長(zhǎng)的寄存器存儲(chǔ)器型變址尋址方式指令如下： 4 3 1 8 （ 2）設(shè)計(jì) 8位字長(zhǎng)的寄存器寄存器型變址尋址方式指令如下，因?yàn)橹挥?8個(gè)通用寄存器，所以寄存器地址需 3位，操作碼只有兩位，設(shè)計(jì)格式如下：

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