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1、计算机系统结构主讲蔡启先第9章DLX虚拟处理器及其实验9.1WinDLX虚拟处理器概述9.2WinDLX虚拟处理器的指令系统9.4WinDLX的流水线结构第9章DLX虚拟处理器及其实验9.3WinDLX汇编9.5WinDLX虚拟处理器上机操作美国斯坦福大学计算机系JohnHennessy教授和加州伯克利分校ACM主席DavidPatterson教授是计算机系统结构领域著名的开拓者。Hennessy是具有传奇色彩的MIPS编译器和世界上第一个商用RISC微处理器的的开发者。Paterson是RISC
2、的最初提倡者之一，他首创了RISC一词，定义了RISC的含义。他提出了RAID的概念，曾是RAID项目的领导者之一，同时还提出了NOW（工作站网络）的概念，成功研制了目前被很多Internet公司使用的集群技术。他们合著的著作《计算机系统结构-量化研究方法》（ComputerArchitecture:AQuantitativeApproach）是他们对计算机系统结构研究和实践的全面而系统的总结，是计算机学科的经典名著，现已修订出到第四版。在该书第二版，他们提出了称为DLX的一种虚拟处理器：9.1W
3、inDLX虚拟处理器概述“作者相信DLX是世界上第二台多元未饱和的计算机——它是当今实验与商业计算机的平均，而这些机器与DLX的设计思想十分接近。我们通过罗马数字的平均值得到计算机的名称：（AMD29K,DEXstation3100,HP850,IBM801,Inteli860,MIPSM/120A,MIPSM/1000,Motorola88K,RISC1,SGI4D/60,SPARCstation-1,Sun-4/110，Sun-4/260）/13=560=DLX。”DLX注重下述三点：简单的l
4、oad-store指令集；设计上重视流水线效率，使用定长度指令编码；优化编译器，使之更容易产生高效的目标代码。DLX是一种应用广泛且容易理解的系统结构模型，非常适合于学习和研究。更可贵的是，基于Windows的DLX虚拟处理器WinDLX是一个可以广泛应用于PC系列计算机的软件版本，为普通高校计算机系统结构等课程提供了一个方便的教学实验平台，弥补了当前该课程普遍缺少教学实验的缺陷。WinDLX虚拟流水线处理机作为计算机系统结构中关于处理器（尤其是流水线处理器）原理部分的教学实验环境，有助于加深对新
5、处理器技术的理解。9.2.1DLX指令集结构9.2.2DLX指令集9.2WinDLX虚拟处理器的指令系统9.2.1DLX指令集结构DLX指令集结构综合了当前大多数指令集结构研究的结果，它基于32位指令，非常容易理解，特别适合于计算机系统结构的学习和研究。1DLX的寄存器2DLX数据类型3DLX寻址模式4DLX指令格式1DLX的寄存器（1）程序中可见的寄存器1）32个32位通用寄存器（GPR），名称为R0，R1，R2，…，R31。R0的值永远是零2）一组浮点寄存器（FPR），它们既可以用作32个32
6、位单精度浮点寄存器，名称为F0，F1，…，F31，也可以奇偶配对来存储双精度浮点数，这些64位浮点数寄存器被命名为F0，F2，…，F28，F30。3）浮点状态寄存器，命名为FPSR，用来保存有关浮点数操作结果的信息。4）程序计数器，命名为PC。（2）程序中不可见的寄存器IMAR：指令内存地址寄存器。IR:指令寄存器。A,B:ALU操作数寄存器A和B。BTA:分支目标地址寄存器。ALU:ALU输出寄存器。ALUHI(伪)寄存器。DMAR:数据内存地址寄存器。SDR:存数据寄存器。SDRHI(伪)寄存
7、器。LDR:取数据寄存器。LDRHI(伪)寄存器。上述寄存器中：PC,IMAR,IR,A,AHI,B,BHI,BTA,ALU,ALUHI,FPSR,DMAR,SDR,SDRHI,LDR和LDRHI为特殊寄存器。2DLX数据类型整型数据有三种：字节（8位）、半字（16位）和字（32位）浮点型分为32位单精度、64位双精度3DLX寻址模式数据寻址：只有16位的立即寻址和变址寻址两种模式。寄存器寻址模式可以通过把16位变址域置0来实现，16位绝对地址寻址通过把寄存器R0作为基址寄存器来实现。例如：ADD
8、IR1,R2,#3;立即数寻址LWR1,30(R2);变址寻址LDF0,(R3);寄存器寻址和寄存器间接寻址SH100(R0),R1;直接寻址4DLX指令格式所有指令字长度是32位（单字长指令）且是对准的，其中操作码占6位。三种编码格式：I型指令格式主要用来对各种类型数的存取操作指令编码，即各种Load指令和Store指令I型指令格式还用来为分支指令编码，包括条件分支指令，寄存器跳转指令和寄存器跳转并连接指令。R型指令格式主要用来为各种算术/逻辑运算指令编码：rd←rslOPrs2
