计算机组成原理:寻址方式、指令结构与性能优化

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计算机组成原理课程知识总结复习文档涵盖了关键的理论要点,主要讨论了指令系统的不同结构、寻址方式对计算机性能的影响以及处理器设计中的重要因素。 首先,针对一地址格式的指令系统,问题(1)要求计算单字长指令的直接寻址范围和一次间址的寻址范围。由于题目没有提供具体的字长和地址空间大小,我们可以假设单字长指令的长度为N位,若指令可直接寻址的空间为M,那么对于105种操作,每个操作需要的指令位数是log2(105),根据这个关系可以解出M。至于一次间址,通常是通过将一个地址加到基址寄存器RB或变址寄存器RX的值上来实现,所以寻址范围将是基址寄存器的位数乘以存储字长。 对于双字长指令(问题2),由于操作码位数和寻址方式不变,直接寻址范围将翻倍,因为可以利用更多的地址空间来表示更大的操作数。指令格式会相应地调整,增加更多的字段来支持更复杂的指令结构。 接下来,讨论存储器访问容量的问题。若存储字长不变,要访问8MB的主存,可以考虑使用分页或分段技术,通过虚拟地址映射来扩展物理内存的可用空间。此外,还可以通过增加总线宽度来提升存储器带宽,从而改善数据传输速率。 文档还涉及到了计算机性能的关键指标,如吞吐量、响应时间、利用率、处理机字长、总线宽度等,这些因素直接影响系统的效率和处理能力。另外,它提到了芯片集成度受限于物理极限、成本和功耗等因素,以及SRAM和DRAM的不同优缺点,前者速度快但容量小、功耗大,后者容量大、价格低但需定期刷新。 RISC(精简指令集计算机)和CISC(复杂指令集计算机)的设计对比也被提及,RISC强调简洁的指令集和高效的执行,而CISC则提供了更丰富的指令功能但执行速度可能较慢。寻址方式和指令周期的概念也做了详细解释,寻址方式决定了操作数的获取方式,而指令周期、CPU周期和时钟周期则构成了CPU执行指令的基本时间单位。 最后,设计处理机的核心任务包括提高处理效率和优化指令执行,这涉及到指令系统设计、寻址方式选择以及处理器架构的诸多细节。 这份文档涵盖了计算机组成原理中的重要知识点,包括指令系统设计、寻址方式、性能指标、存储器管理以及处理器设计原则,为复习该课程提供了全面的基础资料。