《微处理器指令系统》课件

,汇报人C ON TE NT SPARTONEPART TWO指令系统定义了计算机硬件指令系统包括指令格式、指可以执行的基本操作令集和寻址方式等指令系统是计算机硬件和软指令系统是计算机体系结构件之间的接口的重要组成部分l复杂指令集计算机（CISC）指令丰富，执行效率高，但设计复杂，功耗大l精简指令集计算机（RISC）指令简单，执行效率高，设计简单，功耗低l超长指令字（VLIW）将多条指令合并为一条，提高执行效率l单指令流多数据流（SIMD）一条指令同时处理多个数据，提高处理速度l超线程技术（Hyper-Threading）在一个CPU核心中模拟多个线程，提高CPU利用率l多核技术（Multi-Core）多个CPU核心并行处理任务，提高处理速度l指令集一组指令的集合，定义了处理器可以执行的操作l指令格式指令的编码方式，包括操作码、地址码等l指令执行处理器执行指令的过程，包括取指、译码、执行等步骤l指令优化为了提高指令执行效率，对指令进行优化处理的方法，如流水线、分支预测等PART THREE简洁性指令数完备性能够实正交性不同指效率性指令执可扩展性易于兼容性与其他量少，易于理解现所有需要的功令之间互不干扰，行速度快，占用添加新的指令和指令系统兼容，和记忆能易于组合使用资源少功能便于移植和升级指令编码采用二进制编码，便于计算机处理指令格式包括操作码、地址码、控制码等部分指令集设计包括基本指令、扩展指令、系统指令等指令执行包括取指、译码、执行、写回等步骤指令优化包括指令级并行、流水线技术、分支预测等指令兼容性考虑与现有指令系统的兼容性，便于软件移植和升级l指令集优化选择合适的指令集，提高执行效率l流水线优化采用流水线技术，提高指令执行速度l缓存优化优化缓存设计，提高数据访问速度l并行优化采用并行技术，提高指令执行效率l功耗优化优化功耗设计，降低功耗，提高性能l安全性优化采用安全技术，提高指令系统的安全性PART FOUR特点指令丰富，优点易于编程，缺点硬件复杂，应用早期计算机，功能强大提高效率成本高如IBM PC系列特点指令简单、执行速度快、功耗低设计原则减少指令数量、提高指令执行效率应用领域嵌入式系统、移动设备、网络设备等代表产品ARM、MIPS、PowerPC等指令集扩展增加新的指令，提高处理指令级安全增加安全指令，提高系统效率安全性指令级并行通过多核、多线程等技术指令级虚拟化通过虚拟化技术实现指实现指令级并行令级隔离和资源共享指令级优化通过编译器优化、硬件优指令级可扩展性通过可扩展指令集实化等技术提高指令执行效率现指令级可扩展性PART FIVE指令编码将指令转换为二进制代编码规则根据指令的功能、操作码数、操作码等确定编码规则添加标题添加标题添加标题添加标题编码方式固定长度编码、可变长编码示例ADD、SUB、MOV等常见度编码、混合编码等指令的编码方式指令读取CPU从内存中读取指令指令执行CPU根据解码结果执行相应的操作添加标题添加标题添加标题添加标题指令解码CPU对读取的指令进行指令结果写回CPU将执行结果写解码，确定指令的操作码和操作数回内存或寄存器硬件实现通过电软件实现通过编混合实现结合硬微代码实现通过路设计实现指令的译器将高级语言转件和软件实现指令微代码解释器实现功能换为机器语言的功能指令的功能PART SIX指令执行时间衡量指令执行速度的重指令流水线影响处理器的并行处理能要指标力指令集大小影响处理器的复杂性和性指令编码方式影响指令的编码和解码能效率指令执行效率衡量指令执行效率的重指令格式影响指令的编码和解码效率要指标基准测试实际应用模拟测试硬件测试软件测试综合测试使用标准测试在使用模拟使用硬件使用软件结合多种测试程序实际应用器来评估设备来评工具来评测试方法来评估指中评估指指令系统估指令系估指令系来评估指令系统的令系统的的性能统的性能统的性能令系统的性能性能性能指令级并行通过流水线技术，实现指令级并行，提高指令执行效率缓存优化通过缓存优化，减少内存访问延迟，提高指令执行速度指令调度优化通过指令调度优化，减少指令执行时间，提高指令执行效率指令集优化通过指令集优化，减少指令执行时间，提高指令执行效率PART SEVEN指令集包括基础指令、浮点指令、多历史起源于1978年，由Intel公司开发媒体指令等发展从最初的8086处理器发展到现在特点复杂、灵活、高效的x86-64架构，经历了多次更新和扩展应用广泛应用于个人电脑、服务器、嵌入式系统等领域特点简单、高效、可扩展指令集包括ARM、Thumb、Jazelle、DSP等应用领域广泛应用于手机、平板电脑、嵌入式系统等领域发展历程从ARMv1到ARMv8，不断优化和扩展指令集指令格式R-type、I-type、寻址方式立即数寻址、寄存J-type器寻址、间接寻址指令集算术指令、逻辑指令、特点简洁、高效、易于实现控制指令、存储指令、浮点指令汇报人。