1、存储与指令系统概述，纲要知识点睛存储与指令系统概述，纲要知识点睛!2010-06-2820:483，存储器系统存储器芯片每一个存储器芯片都具有一定的存储容量，通常表示为N*mbit)，其中N是存储器芯片的字数，一般为2的n次幂，m是存储器芯片的位数，一般为1，4，8等，可见一个存储芯片内部包含N*m个存储元电路，将N*m个存储元电路排列成矩阵，即构成存储矩阵，也称之为存储矩阵;地址总线:n为地址总线的条数，则存储器芯片的字数是:2的n次幂;地址线所指的是存储器芯片输出的数据总线位数的字节数;例如:对于254*4位的半导体存储器芯片，一个地址只能选由四个存储器元电路组成的存储单元;所以有四条输入
2、输出线;因此地址总线的n次幂仅仅代表相应的位数的字节数，真正的存储总量还要乘以其为数m;数据线:输入输出端数据线的条数与被选中存储单元所存储的位数相同;存储器的扩展与应用无论是那种存储芯片，cpu对存储器的访问，都首先通过地址总线给出所要访问存器单元的地址，经过译码器译码后，选中所要访问的单元，然后发出相应的读写控制信号，最后才是数据在数据总线上进行传送;假设存储芯片容量为N*M，内存的容量为k*L，所需存储器芯片的数量:芯片数=KL/NM;位扩展:存储器的字数与存储芯片的字数一致;注意:存储器的容量与存储器的字数是两个不同的概念;就是扩展输入与输出总线的条数，它决定于L/M;这样就可以看出:
3、位扩展的连接方式是将地址线，片选CS，读写控制线进行并联而数据线分别接到数据总线上去，其中是一个芯片引出一条数据总线。从而进行了位扩展，也就是数据总线的扩展。可以看出:位扩展的连接方式是将各芯片的地址线，片选CS，读写控制线进行并联，而数据线分别练到数据总线上。字扩展:实际是对存储器容量进行扩展，目的就是实现内存的扩大，充分利用所并联的存储芯片扩大内存。这样就涉及到如何存取数据的问题，就要用到对芯片的选择问题，也就是片选信号，一般情况下片选信号都是采用的译码器进行芯片的选择的。可以看出:字扩展的连接方式是将个芯片的地址线、数据线、读写控制线进行并联，将地址总线中的低位地址线与各芯片地址线相连，
4、以选择片内的某个单元，即实现片内寻址;而剩余的高位地址线用来产生片选信号，连接到各芯片的片选端，以选择某一个芯片，即实现对芯片的寻址。剩余的高位地址线可以通过全译码发，部分译码法和线选法莱选择片选信号;片选信号有芯片总数决定的，而低位地址线由存储芯片的字数决定，它是给每一个存储芯片提供译码的;字位扩展:组内采用位扩展法:个数由位扩展决定，用来扩展数据总线，并分别连到数据总线上组间采用字扩展法:片选译码器(由组数决定)地址总线(存储芯片决定)高速缓冲存储器局部性:对局部范围存储器地址频繁访问，而对范围以外的地址饭碗很少的现象，称之为程序访问的局部性。在主存和cpu之间设置一个高速的、容量相对较小
5、的存储器，该存储器包括管理在内的全部功能都由硬件实现命中率:即cpu在任一时刻从Cache中获取数据的几率;命中率计算公式H=Nc/Nc+Nm(其中Nc是cache完成存取的次数，Nm是主存完成存取的次数主存系统/Cache系统访问效率:e=1/r+(1-r)H(其中r=Tm/Tn)已知cache和主存存取周期和Cache/主存系统平均访问时间求Cache的命中率:h*Tc+(1-h)*Tm=Ta;实际上之cache与主存储系统平均访问时间是cache与主存所占得不同的周期比，这个比值就是cache的命中率;4，指令系统指令与指令系统指令系统则是指计算机所有机器指令的集合，也称指令集;机器指令
6、的格式任何一条机器指令都由两部分组成:一部分是操作码，另一部分是地址码;操作码:值指令所进行的具体操作的编码。地址码:是指令操作对象的地址编码。机器指令的分类机器指令不仅可以按其长度划分为单字指令、双字指令和多字指令，还可以按指令中地址码的多少将机器指令划分为:另地址指令、单地址指令、双地址指令和多地址指令。操作码的编码方法扩展编码法:扩展编码法的思想是操作码的长度随地址码的减少增加，操作码可以充分利用地址码的存储空间，扩展编码法核心是将频率较高的指令采用较短的编码表示，使用频率不是太搞的指令用较长的编码表示，以实现节省存储空间，扩展编码法的核心是:扩展长度的选取哈弗曼编码法:其基本思想来源于
7、离散数学中的Huffman编码法，两种方法思想是一样的。地址码的寻址方式操作数寻址方式:在指令字中设置一个寻址方式MOD字段，用来指明具体的寻址方式。当操作数存放在存储中，指令字中的地址码并不是内存的实际地址，因此我们把它产能更为形式地址。形式地址必须转换成内存的实际地址，然后才能访问存储器，内存的实际地址也称为有效地址(EA).EA是A的一个函数，它的不同决定了寻址方式的不同。一，立即寻址方式立即寻址方式是指指令字中的地址码本身就是操作数二，直接寻址方式直接寻址方式是指指令字中的地址码D(形式地址)就是操作数的有效地址，即EA=D;三，间接寻址方式间接寻址方式是指指令字中的地址码D(形式地址
8、不是操作数的有效地址，而是操作数的有效地址的有效地址)四，寄存器直接寻址方式它也叫寄存器寻址方式，是指指令字中的地址码r(形式地址)是某寄存器的编号，其寄存器的内容为指令所需的操作数五，寄存器间接寻址方式指令字中的地址码A(形式地址)是某一寄存器的编号，其寄存器的内容不是指令所需的操作数，而是指令所需操作数的有效地址六，变址寻址方式指令字中的地址码A(形式地址)加上指令中指定的变址寄存器的内容形成操作数的有效地址七，基址寻址方式指令字中的地址码D(形式地址)加上指令中指定的基址寄存器的内容形成擦操作数的有效地址八，相对寻址方式将当前PC的内容(现行PC加上增量)加上地址码(形式地址)形成擦操作数的有效地址九，隐含寻址凡是指令字中的地址码是A隐含的典型的指令系统CISC指令系统具有如下特点:一，指令系统庞大，表现为指令条数较多二，指令格式多样，表现为指令字长不固定，寻址方式种类较多三，指令的执行时间差别较大四，大多数CISX指令系统采用微程序控制器RISC指令系统特点:一，指令条数少，所选取的指令都是使用频率较高的简单指令二，指令字长固定，且指令格式种类少三，只有取数/存数指令可以访问存储器，其他指令的操作都在寄存器之间进行
