全国计算机等级考试四级复习纲要七[2]

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

④多指令流、多数据流(MIMD)计算机

(2)冯分类法1972年，美籍华人冯子云教授提出了一种按并行度对各种计算机系统进行分类的方法。他把计算机系统分为四类: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)Handler分类1977年，Handler提出了一种基于硬件并行度计算并行度的方法。他的计算机的硬件结构分为三级:处理器级、每个处理器中的逻辑单元级和每个逻辑单元中的逻辑门级。一个系统的并行性可以通过划分三级计算机中可以并行处理或流水线处理的程序来计算。

(4)Kuck分类法1978年，美国的David J.Kuck提出了一种类似于Flynn分类法的方法，但他用指令流和执行流及其多重性来描述计算机系统控制结构的特征。他将系统结构分为四类:

①单指令流、单执行流(SISE)

②单指令流和多执行流(SIME)

③多指令流、单执行流(MISE)

④多指令流和多执行流(MIME)，这是典型的多处理器系统。一个好的分类可以帮助我们深入理解体系结构的特点，使人们更好地掌握计算机的工作原理和发展趋势。但很难说一个令人满意的分类得到了学术界的一致认可。资料来源:www.examda.com

第二，指令系统

(一)指令集架构的分类

1.分类基础

从体系结构的角度来看，指令集可以按照以下五个尺度来分类:(1)操作数在CPU中的存储方式，即操作数从主存中取出后应该存放在哪里。

(2)显式操作数的数量，即一条典型指令中有多少显式命名的操作数。

(3)操作数的位置，即任意一条ALU指令的操作数是否可以放在主存中，或者某些操作甚至全部操作数是否必须放在CPU的内存中？如果一个操作数要放在主存中，它是如何定位的？

(4)指令的操作，即指令集中提供哪些操作？

(5)操作数的类型和大小，即每个操作数是什么类型和大小，如何指定。

2.根据临时存储机制分类

根据CPU中存储的操作数的不同，指令集体系结构可以分为三类。有三种类型:堆栈、累加器和一组寄存器。

3.通用登记机的分类

通用寄存器机器简称GPR机器。GPR的关键优势是编译器可以有效地使用寄存器，无论是计算机表达式的值还是全局角度的变量的值。在求解表达式时，寄存器可以提供比堆栈或累加器更灵活的顺序。更重要的是，寄存器可以用来保存变量。当变量被分配给寄存器时，内存流量会减少，程序运行会加快，代码密度会提高。GPR体系结构可以通过指令集的两个主要特征来区分。这两个特点与ALU指令中操作数的本质有关，即典型的算术逻辑指令。首先是ALU指令有两个或三个操作数。在三操作数格式中，一条指令包括两个源操作数和一个目标操作数。在二进制操作数格式中，一个操作数既是源操作数又是目标操作数。第二个是ALU指令中的几个操作数是存储器地址，对于典型的ALU指令，该地址可能在1和3之间。(2)指令格式及其优化

1.指令格式的设计考虑指令格式的设计有一些优先原则:

(1)关于指令的长度，短指令比长指令更经济。虽然内存的价格越来越便宜，但设计师们都不愿意浪费。

(2)还要考虑是否有足够的空空格来表示所有期望的操作。资料来源:www.examda.com

(3)在GPR架构中，无论何种寄存器和存储器类型，提高访问指令的速度都是一个重要的原则。存储器访问速度越高，可以提供给处理器进行处理的指令就越多。在一定的访问速率下，如果平均指令长度较短，存储器可以提供更多的指令。

(4)机器字长应为字符长度的整数倍。否则会造成存储字符时的浪费，也会造成寻址困难。

(5)寻址字段长度的选择。假设存储器空为2 ^ 19位，如果访问单元大小不同，地址长度也不同。

2.命令格式

指令格式的优化既包括指令代码的优化，也包括操作数的优化。所谓指令格式优化，就是从整个指令系统的利用率的角度，尽量减少指令中的冗余信息，以最少的比特数提供足够的操作信息和地址信息。

3.霍夫曼编码

霍夫曼编码的基本概念是，发生概率高的事件用短码表示，发生概率低的事件用长码表示。结果，平均编码长度可以明显压缩，使其接近理论编码长度。为了优化指令代码的表示，需要知道每条指令在度中出现的概率，即指令的使用频率，这一般是通过统计大量已有的典型程序得到的。获得使用频率后，就可以根据这些数据构建一棵霍夫曼树。具体算法如下:每条指令按照使用频率从小到大排序；取出最小和第二小的指令作为叶节点组成二叉树，其根为两个节点的频率之和，将比值插入频率序列中；递归地使用该方法继续构造二叉树，直到所有指令都被用作叶节点。有了哈夫曼树(这是一个二叉树)，你可以用它来编码。具体方法是:从根节点开始，将树的左子树段标记为1，右子树段标记为0，直到叶子节点。然后从每条指令所在的叶节点开始，沿最短路径到达每个叶节点，依次沿线写下0和1的序列。获得指令的霍夫曼码。(C)指令集的复杂性