计算机系统结构第2篇指令系统.ppt

* SPARC采用了这种重叠寄存器窗口技术。每个窗口由24个寄存器组成；总的窗口数可以是2～32个，取决于具体实现。图3-35说明了8个窗口的实现，总共使用了136个物理寄存器。物理寄存器R0～R7，是所有过程共用的全局（Global）寄存器。 为每个过程分配一个窗口，即可寻址逻辑寄存器R8～R31，一个窗口分为3组寄存器，每组8个寄存器： ▼ 逻辑寄存器R24～R31标记为输入，与父过程共用。 ▼ 逻辑寄存器R8～R15标记为输出，与子过程共用。 这两组寄存器与其他窗口重叠。 ▼ 逻辑寄存器R16～R23标记为局部的，是本过程使用的局部寄存器，既不与其他过程共用，也不与其他窗口重叠。 * 图3-35 SPARC 寄存器窗口布局和三个过程 * 采用重叠寄存器窗口技术，对程序来说，任何时刻都只能看见和寻址32个逻辑寄存器，尽管实际的物理寄存器不止32个。寄存器窗口重叠是为了在过程之间有效地传递参数，要实现窗口重叠则需重新命名寄存器。 例如：图3-35中的过程B，原有的父过程A输出寄存器R8到R15仍然可见，但是它们现在的名字是输入寄存器R24到R31，也就是说，寄存器被重新命名了。 然而，8个全局寄存器R0～R7是不会变的，也就是说，它们对所有的寄存器窗口都是相同的。 * 2. SPARC指令系统 SPARC基本指令集包括6类指令：LOAD/STORE指令、移位指令、布尔运算指令、算术指令、跳转/转移指令和其他指令。 SPARC具有典型的RISC特征，所有运算操作都基于寄存器，只有LOAD/STORE指令能够访问主存储器。 运算操作指令都是寄存器到寄存器的，运算类指令有三个操作数，其功能可以表示成： RS1 op S2 → Rd 其中，RS1是寄存器操作数，S2或者是寄存器操作数或者是一个13位立即数，Rd是目的寄存器。 * LOAD/STORE指令可以区分对字（32位）、双字、半字、字节的装入或存储。半字或字节的装入指令还可按有符号数和无符号数区别对待，前者是以符号位，后者是以0向左扩展，将目的寄存器左端空缺位填满。 存储器寻址方式只有一个，即存储器操作数的有效地址（EA）是基地址和偏移量之和。基地址来自寄存器，偏移量可以是立即数或来自寄存器，可表示为： 或 * SPARC的这种存储器寻址方式非常灵活，其不同的组合可以形成三种寻址方式，如表3-8所示的后三种寻址方式。 表3-8 以SPARC寻址方式综合成其他寻址方式 一般寻址方式 寻址表示 SPARC等价寻址 SPARC指令类型 立即寻址 操作数=立即数 S2 寄存器-寄存器 寄存器寻址 R RS1，RS2，Rd 寄存器-寄存器 直接寻址 EA=A R0+S2 装入，存储 寄存器间接寻址 EA=（R） RS1+0 装入，存储 基址寻址 EA=（R）+A RS1+S2 装入，存储 * * 第2个操作码op2用于区分BRANCH、SETH等指令。第3个操作码op3是定义指令操作的，每条指令只定义一个单独的操作。opc是协处理机指令操作码，opf是浮点处理机指令操作码。 指令格式3中，大多数指令的第1个源操作数rs1是寄存器操作数；第2个可能是寄存器rs2，也可能是立即数simm13；而目的地址一般均是寄存器rd（除了store和转移指令外）。整数算术逻辑运算指令是将rs1与rs2的内容（或simm13）按操作码op3规定的操作运算后把结果送往rd，其功能可以描述为： 当格式第13位i=0时，（rs1）op3（rs2）→rd 当i=1时，（rs1）op3 simm13→rd * LOAD指令将存储器中的数据取出送到rd中，而STORE指令将rd中的数据存到存储器中。存储器地址的计算方法如下（寄存器间接寻址方式）： 当i=0时，存储器地址＝（rs1）＋（rs2） 当i=1时，存储器地址＝（rs1）＋simm13 * 由于指令长度是32位，因此不能在指令中包括32位常量。SETHI指令只能设置22位常量，而把剩下的10位留给其他指令去实现。 非预取的条件转移指令使用格式2，由cond字段决定测试哪种条件。a位用于延迟转移控制，当a＝0时，跟在转移指令下面的指令总是被执行；当a=1时，只在条件转移指令转移成功时，跟在转移指令下面的指令才被执行。 格式1用于执行过程调CALL指令。这条指令很特别，其操作码只有两位，其余30位都用于定义地址。 * 随着技术的发展，新的指令格式被添加进来，新