DLX指令集结构课件

DLX指令集結構DLX是一種多元未飽和型指令集結構。DLX指令集結構的設計思想：具有一個簡單的Load/Store指令集；注重指令流水效率；簡化指令的解碼；高效支持編譯器。

2.6.1DLX指令集結構1.DLX中的寄存器

(1)32個通用寄存器

命名：R0、R1、

、R31

長度：32位寄存器R0的值總是為0。

(2)32個浮點寄存器

命名：F0、F1、

、F31

長度：32位

(用來保存32位的單精確度浮點數

)◆

64位雙精度浮點數相鄰兩個浮點寄存器奇偶對FiFi+1

（i=0,2,4,

,30）

命名:F0、F2、

、F28、F30

(3)一些特殊的寄存器（比如用來保存浮點操作結果資訊的浮點狀態寄存器）可以和通用寄存器相互進行數據傳送。2.DLX的數據類型

DLX提供了多種長度的整型數據和浮點數據。

(1)

整型數據有8位、16位和32位多種長度。

(當8位和16位整型數據載入到寄存器中時，

用0或數據的符號位來填充32位通用寄存器

中的剩餘位。)(2)

浮點數據有32位單精確度浮點數和64位雙精度浮點數。浮點數據表示採用的是IEEE754標準。3.DLX的尋址方式和數據傳送

(1)

尋址方式寄存器尋址立即值尋址偏移尋址寄存器間接尋址

(2)寄存器尋址字段的大小為5位，用來表示32個

通用寄存器或浮点寄存器。

(3)記憶體地址採用的是高端位元組表示順序，存儲器按位元組尋址，其地址寬度為32位。4.DLX的指令格式

◆

尋址方式編碼在操作碼中。

◆

指令的字長32位，其中用6位表示操作碼。(4)通過寄存器（通用寄存器和浮點寄存器）和存

储器之间的数据传送操作完成对存储器的访问。各種類型指令的格式5.DLX中的操作

(1)四種類型的操作

Load和Store操作

ALU操作分支和跳轉操作浮點操作(2)約定

(1)符號“

”:

數據傳送操作其後附帶一個下標n，也即“

n”表示傳送

一個n位數據。

(2)符號“##”:

兩個域的串聯操作(3)域的下標：表明從該域中選擇某一位。域中位的標記是從最高位開始標記，並且

起始標記為0。下標可以是一個單獨的數字。如Regs[R4]0

:選擇寄存器R4中內容的符號位。下標也可以是一個範圍。如Regs[R3]24..31

:選擇寄存器R3中內容

的最低一個位元組。(4)上標：表示複製一個域。如024可以得到一個24位全為0的一個域。(5)變數Mem：表示記憶體中的一個數組，

記憶體按照位元組尋址。举例

R8和R10：32位寄存器Regs[R10]16..31

16(Mem[Regs[R8]]0)8##Mem[Regs[R8]]的含義。3.DLX中的四種操作類型

(1)Load和Store操作指令實例指令名稱含義LWR1,30(R2)載入整型字Regs[R1]←32Mem[30+Regs[R2]]LWR1,1000(R0)載入整型字Regs[R1]←32Mem[1000+0]LBR1,40(R3)載入位元組Regs[R1]←32(Mem[40+Regs[R3]]0)24##Mem[40+Regs[R3]]LBUR1,40(R3)載入無符號位元組Regs[R1]←32024##Mem[40+Regs[R3]]LHR1,40(R3)載入整型半字Regs[R1]←32(Mem[40+Regs[R3]]0)16##Mem[40+Regs[R3]]##Mem[41+Regs[R3]]LFF0,50(R3)載入單精確度浮點Regs[F0]←32Mem[50+Regs[R3]]LDF0,50(R2)載入雙精度浮點Regs[F0]##Regs[F1]←64Mem[50+Regs[R2]]SW500(R4),R3儲存整型字Mem[500+Regs[R4]]←32Regs[R3]SF40(R3),F0儲存單精確度浮點Mem[40+Regs[R3]]←32Regs[F0]SD40(R3),F0儲存雙精度浮點Mem[40+Regs[R3]]←32Regs[F0]Mem[44+Regs[R3]]←32Regs[F1]SH502(R2),R31儲存整型半字Mem[502+Regs[R2]]←16Regs[R31]16..31SB41(R3),R2儲存整型位元組Mem[41+Regs[R3]]←8Regs[R2]24..31DLX中Load和Store指令實例(2)ALU操作簡單的算術和邏輯運算寄存器比較指令（

，

，

，

，

，

）指令實例指令名稱

含义AddR1,R2,R3加Regs[R1]←Regs[R2]+Regs[R3]ADDIR1,R2,#3和立即值相加Regs[R1]←Regs[R2]+3LHIR1,#42載入高位立即值Regs[R1]←42##016SLLIR1,R2,#5邏輯左移的立即值形式Regs[R1]←Regs[R2]<<5SLTR1,R2,R3設置小於if(Regs[R2]<Regs[R3])Regs[R1]←1elseRegs[R1]←0ALU指令實例

(3)分支和跳轉操作

◆根據描述目標地址的方法和是否鏈接可以將

跳轉操作指令分為四種類型。 其中：

兩種類型的跳轉指令用帶符號位的26位偏移量加上程式計數器的值來確定跳轉的目標地址；另外兩種類型的跳轉指令則指定一個寄

存器，由寄存器中的內容決定跳轉的目

标地址。◆

跳轉有兩種類型

簡單跳轉

跳轉並鏈接（用於過程調用）返回一個地址，也即將下一條順序指令

地址（返回地址）保存在寄存器R31中。◆

所有分支指令均是條件分支指令。分支目標地址由一個帶符號的26位偏移量加

上程式計數器的值來確定。指令實例指令名稱含義Jname跳轉PC←name;((PC+4)-225)≤name≤((PC+4)+225)JALname跳轉並鏈接Regs[R31]←PC+4;PC←name;((PC+4)-225)≤name≤((PC+4)+225)JALRR2寄存器型跳轉並鏈接Regs[R31]←PC+4;PC←Regs[R2];JRR3寄存器型跳轉PC←Regs[R3];BEQZR4,name“等於0”分支if(Regs[R4]==0)PC←name;((PC+4)-215)≤name≤((PC+4)+215)BNEZR4,name“不等於0”分支if(Regs[R4]!=0)PC←name;((PC+4)-215)≤name≤((PC+4)+215)典型的分支和跳轉指令

(4)浮點操作浮點操作：加、減、乘、除。（尾碼D：雙精度浮點操作尾碼F：單精確度浮點操作）

◆

下表列出了DLX所有指令及其含義。

◆

各種指令使用頻率測試統計結果。（SPECint92和SPECfp92基準程式）DLX中的所有指令及其含義指令類型操作碼含義

數據傳送LB，LBU，SB載入位元組，載入無符號位元組，儲存位元組LH，LHU，SH載入半字，載入無符號半字，儲存半字LW，SW載入字，儲存字LF，LD，SF，SD載入單精確度浮點，載入雙精度浮點，儲存單精確度浮點，儲存雙精度浮點MOVI2S，MOVS2I將通用寄存器中的內容移入特殊寄存器，將特殊寄存器中的內容移入通用寄存器MOVF，MOVD將一個單精確度/雙精度浮點寄存器的內容拷貝到另一個單精確度/雙精度浮點寄存器MOVFP2I，MOVI2FP將32位浮點寄存器中的內容移入整型寄存器，將32位整型寄存器中的內容移入浮點寄存器指令類型操作碼含義

算術/邏輯ADD,ADDI,ADDU,ADDUI帶符號加，帶符號立即值加，無符號加，無符號立即值加SUB,SUBI,SUBU,SUBUI帶符號減，帶符號立即值減，無符號減，無符號立即值減MULT,MULTU,DIV,DIVU帶符號乘，無符號乘，帶符號除，無符號除AND,ANDI與，和立即值與OR,ORI,XOR,XORI或，和立即值或，異或，和立即值異或LHI載入高位立即值SLL,SRL,SRA,SLLI,SRLI,SRAI包含了立即值（S_I）和變數（S_）的移位操作，移位有：邏輯左移，邏輯右移和算術右移S_,S_I設置條件，“_”可以是LT,GT,LE,GE,EQ,NE指令類型操作碼含義

控

制BEQZ,BNEZ根據指定通用寄存器的內容等於/不等於0分支BFPT,BFPF測試浮點狀態寄存器中的比較位為真/假進行分支J,JR跳轉，基於寄存器的跳轉JAL,JALR跳轉並鏈接，基於寄存器的跳轉並鏈接TRAP轉換到操作系統RFE從異常恢復用戶模式指令類型操作碼含義

浮

點ADDD,ADDF雙精度浮點加，單精確度浮點加SUBD,SUBF雙精度浮點減，單精確度浮點減MULTD,MULTF雙精度浮點乘，單精確度浮點乘DIVD,DIVF雙精度浮點除，單精確度浮點除CVTF2D,CVTF2I,CVTD2F,CTD2I,CVTI2F,CVTI2D轉換指令，CVTx2y表示從類型x轉換到類型y，其中x和y可以是I（整型）、D（雙精度浮點）、F（單精確度浮點）_D,_F雙精度浮點和單精確度浮點比較，“_”可以是LT、GT、LE、GE、EQ、NE，根據比較結果設置浮點狀態寄存器中的位基於SPECint92基準程式集的指令使用頻率測量統計結果指令compresseqntottEspressogcc(cc1)li整型平均載入19.8%30.6%20.9%22.8%31.3%26%存儲5.6%0.6%5.1%14.3%16.7%9%加14.4%8.5%23.8%14.6%11.1%14%減1.8%0.3%

0.5%

0%乘

0.1%

0%除

0%比較15.4%26.5%8.3%12.4%5.4%13%載入立即值8.1%1.5%1.3%6.8%2.4%3%指令compresseqntottEspressogcc(cc1)li整型平均條件分支17.4%24.0%15.0%11.5%14.6%16%無條件分支1.5%0.9%0.5%1.3%1.8%1%調用0.1%0.5%0.4%1.1%3.1%1%返回，跳轉0.1%0.5%0.5%1.5%3.5%1%移位6.5%0.3%7.0%6.2%0.7%4%與2.1%0.1%9.4%1.6%2.1%3%或6.0%5.5%4.8%4.2%6.2%5%其他（異或，非）1.0%

2.0%0.5%0.1%1%指令compresseqntottEspressogcc(cc1)li整型平均載入浮點數

0%儲存浮點數

0%浮點加

0%浮點減

0%浮點乘

0%浮點除

0%浮點比較

0%浮點寄存器移動

0%其他浮點操作

0%基於SPECfp92基準程式集的指令使用頻率測量統計結果指令doducearhydro2dmdljdp2su2cor整型平均載入1.4%0.2%0.1%1.1%3.6%1%儲存1.3%0.1%

0.1%1.3%1%加13.6%13.6%10.9%4.7%9.7%11%減0.3%

0.2%

0.7%0%乘

0%除

0%比較3.2%3.1%1.2%0.3%1.3%2%載入立即值2.2%

0.2%2.2%0.9