全国计算机四级考试复习纲要七（2）

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①单指令流、单数据流（SISD）计算机
②单指令流、多数据流（SIMD）计算机
③多指令流、单数据流（MISD）计算机
$ Q2 J" s: Z5 u! t8 f④多指令流、多数据流（MIMD）计算机
（2）冯泽云分类法1972年美籍华人冯泽云（Tse-yun Feng）教授提出按并行度（degree of parallelism）对各种计算机系统进行结构分类的方法。他把计算机系统分成四类：①字串行、位串行（WSBS）计算机②字并行、位串行（WPBS）计算机③字串行、位并行（WSBP）计算机④字并行、位并行（WPBP）计算机
3 t( F: a1 c9 k  R3 k# r（3）Handler分类法1977年德国的汉德勒（Wolfgang Handler）提出一个基于硬件并行程度的计算并行度的方法。他把计算机的硬件结构分为三个层次：处理机级、每个处理机中的算逻单元级、每个算逻单元中的逻辑门电路级。分别计算机这三级中可以并行或流水处理的程序，即可算出某系统的并行度。
% I* C5 [' c2 q3 W: o2 Y（4）Kuck分类法1978年美国的库克（David J.Kuck）提出与Flynn分类法类似的方法，只是他用了指令流和执行流（execution stream）及其多重性来描述计算机系统控制结构的特征。他把系统结构分为四类：
  Z1 V8 c7 U  @/ r% R3 z1 N5 O& s①单指令流、单执行流（SISE）
) J% T' z. u' i% A7 d  N②单指令流、多执行流（SIME）
- ?2 t( h% W! u. d③多指令流、单执行流（MISE）
+ t; p' X4 ~8 ?$ }/ X- l④多指令流、多执行流（MIME），它们是典型的多处理机系统。一种好的分类法能帮助我们深入地理解体系结构的特点，使人们能更好掌握计算机的工作原理以及发展趋势。但很难说已经有令人满意的分类法被学术界一致认可。
. r0 r0 H; n- f7 V& F二、指令系统
（一） 指令集体系结构的分类
1.分类的依据
从体系结构的观点对指令集进行分类，可以根据下述五种尺度：（1）操作数在CPU中的存储方式，即操作数从主存中取来后要把它保存在什么地方。
（2）显式操作数的数量，即在条典型的指令中有多少个显式命名的操作数。
4 h, S# w) Y$ Z( w8 q（3）操作数的位置，即任一个ALU指令的操作数能否放在主存中，或者必须把某些操作甚至全部操作数都放在CPU的内部存储器中？如果某操作数要放在主存中，那么它是如何定位的？

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（4）指令的操作，即在指令集中提供哪些操作？
（5）操作数的类型与大小，即每个操作数是什么类型、尺寸大小，以及怎样对它规定。
2.按暂存机制分类
) r4 x6 i$ j- r1 ^( [! p- b0 l) K根据在CPU内部存储操作数的区别，可以把指令集体系分为三类。这三类分别为：堆栈（stack）、累加器（accumulator）和寄存器集（a set of registers）。
4 `7 c  x. V+ s* j6 z9 n' f) |& @3.通用寄存器机的分类
通用寄存器机（general-purpose register machines）简称GPR机。GPR的关键性优点起因于编译程序能有效地使用寄存器，无论是计算机表达式的值，还是从全局的角度使用寄存器来保存变量的值。在表达式求解时，寄存器比堆栈或者累加器能提供更加灵活的次序。更重要的是寄存器能用来保存变量。当变量分配给寄存器时，访存流量（memory traffic）就会减少，程序运行就会加速，而且代码密度也会得到改善。可以用指令集的两个主要特征来区分GPR体系结构。这两个特征都是关于ALU指令即典型的算术逻辑指令中操作数的本质。第一个是ALU指令有两个或三个操作数。在三操作数格式中，指令包括两个源操作数物一个目的操作数。在二操作数格式中，有一个操作数既是源操作数又是目的操作数。第二个是ALU指令中有几个操作数是存储器地址，对典型的ALU指令，这个数可能在1与3之间。
" T9 G  P+ {# T2 x（二） 指令格式及其优化
1.指令格式的设计考虑对于指令格式（instruction format）的设计有一些优先考虑的原则：
（1）关于指令的长度，短指令要比长指令更节约些。尽管存储器的价格越来越便宜，但设计者还是不愿意浪费它们。
（2）还要考虑是否有足够的空间表示所有期望的操作。来源：www..com
: q$ |* O# V& p2 t（3）在GPR结构中，无论是哪种寄存器与存储器类型，提高存取指令的速度都是应该考虑的一个重要原则。存储器的存取速度越高，就能给处理机提供更多的指令进行处理。在一定的存取速率下，如果平均指令长度较短，那么存储器就能供应更多的指令。
. A. u0 E. J. \9 b5 x& F. O（4）机器字长（word length）应该是字符长度（character length）的整数倍。否则，在存储字符时就会造成浪费，而且也会造成寻址困难。
, c9 d! z  |* S2 \（5）寻址字段长度的选择。假设存储空间是2 19 位，如果存取单位的大小不同，则地址长度也不相同。
' R0 ^$ q9 S# e. P$ B. u3 [. a- V2.指令格式化
/ s: d  @" a: [7 h( j指令格式的优化既包括指令码的优化，也包括操作数的优化。所谓指令格式的优化就是从整个指令系统的利用率角度出发，尽量设法减少指令中的冗余信息量，以便用最少的位数提供足够的操作信息和地址信息。
; Z5 x( h" `2 T9 Q- Q3.哈夫曼编码
哈夫曼编码的基本概念是：对发生概率高的事件用短码表示，对发生概率低的事件用长码表示，这样做的结果可以使平均编码长度明显压缩，使之很接近理论编码长度。要对指令码进行优化表示，就必须知道每条指令在程度中出现的概率，即指令的使用频度，一般都是通过对大量已有的典型程序进行统计而求得。获得使用频度后，即可根据这些数据构造一个哈夫曼树。具体算法是：把各指令按使用频度从小到大排序;从中取出最小与次最小的两个指令作为叶结点构成二叉树，其根为两结点频度之和，并把比值插入到频度序列中;递归地使用此法继续构造二叉树，直到全部指令都作为叶结点使用完为止。有了哈夫曼树（它是一个二叉树），即可用它进行编码。具体做法是：从根结点开始，把树的左子树线段标为1，右子树线段标为0，直至叶结点。然后从每个指令所在的叶结点位置开始，沿最短路径到达各个叶结点并依次写下沿线的0、1序列。就得到该指令的哈夫曼编码。
（三） 指令集的复杂化