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第二章指令系统包仲贤兰州理工大学计算机与通信学院指令格式的优化设计主要目标:节省程序的存储空间指令格式尽量规整,便于译码231指令的组成232操作码的优化设计233地址码的优化设计234指令格式设计举例指令的组成一般的指令主要由两部分组成:操作码和地址码操作码(OPC)地址码(A)地址码通常包括三部分内容:地址:地址码、立即数、寄存器、变址寄存器地址的附加信息:偏移量、块长度、趴寻址方式:直接寻址、间接寻址、立即数寻址、变址寻址、相对寻址、寄存器寻址操作码主要包括两部分内容:操作种类:加、减、乘、除、数据传送、移位、转移、输入输岀、程序控制、处理机控制等操作数描述数据的类型:定点数、浮点数、复数、字符、字符串、逻辑数、向量进位制:2进制、10进制、16进制数据字长:字、半字、双字、字节操作码的优化表示操作码的三种编码方法:固定长度、Huffman编码、扩展编码优化操作码编码的目的:节省程序存储空间例如:Burroughs公司的B-1700机操作码编码方式整个操作系统所用指令的操作码总位数/改进的百分比8位固定长编码301,248046-10扩展编码1849639%Huffman编码172,34643%固定长操作码定长定域IBM公司的大中型机:最左边8位为操作码Intel公司的JIntaniun处理机:14位定长操作码许多RISC处理机采用定长操作码主要优点:规整译码简单主要缺点:浪费信息量(操作码的总长位数增加)2.Huffman编码法1952年由Huffman首先提出操作码的最短平均长度可通过如下公式计算:H=∑P:log2PP表示第种操作码在程序中出现的概率固定长编码相对于Huffman编码的信息冗余量:∑p·log2PR=1log2必须知道每种操作码在程序中出现的概率例2.16:假设一台模型计算机共有7种不同的操作码,如果采用固定长操作码需要3位。已知各种操作码在程序中出现的概率如下表,计算采用Huffman编码法的操作码平均长度,并计算固定长操作码和Huffman操作码的信息冗余量。指令序号I11213IaI5I617出现的概率0.450.300.150.050.030.010.01例2.17解答利用Huffman树进行操作码编码(又称最小概率合并法)把所有指令按照操作码在程序中出现的概率大小,自左向右顺序排列。选取两个概率最小的结点合并成一个概率值是二者之和的新结点,并把这个新结点与其它还没有合并的结点一起形成一个新的结点集合。在新结点集合中选取两个概率最小的结点进行合并,如此继续进行下去,直至全部结点合并完毕。最后得到的根结点的概率值为1。每个新结点都有两个分支,分别用带有箭头的线表示,并分别用一位代码“0”和“1”标注冫从

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