第二章同步編譯全程

2.11并行與指令：同步同步兩個處理器（任務(wù)）共享一塊內(nèi)存P1寫,然后P2讀若P1和P2未同步則會產(chǎn)生數(shù)據(jù)競爭（P81）最終結(jié)果依賴于訪問次序多處理器實現(xiàn)同步的硬件支持方法原子讀/寫存儲器進(jìn)行存儲器原子讀/寫時不得插入任何其他存儲器訪問操作實現(xiàn)同步的方法單個語句，例如：原子交換指令register?memory指令對（不可被其他處理器或線程插入寫操作）MIPS同步指令對鏈接取數(shù)：llrt,offset(rs)

將內(nèi)存rs+offset中的32位數(shù)值存入寄存器rt中，并開始執(zhí)行原子讀-修改-寫操作。條件存數(shù)：scrt,offset(rs)將寄存器rt中的32位數(shù)值存入rs+offset內(nèi)存地址中，并完成原子讀-修改-寫操作。成功，若從ll執(zhí)行后該內(nèi)存地址未被改寫

返回1存入rt失敗，若該內(nèi)存地址被改寫返回0存入rt0x30rsrtoffset0x38rsrtoffset同步實例try:add$t0,$zero,$s4;$t0=$s4ll$t1,0($s1);鏈接取數(shù)，$t1=內(nèi)存中的值sc$t0,0($s1);條件存數(shù)，內(nèi)存中的值=$t0，若失敗$t0中將為0beq$t0,$zero,try;若失敗，分支到try重新add$s4,$zero,$t1;$s4=取出的值交換$s4和內(nèi)存（地址為$s1+0）中的值compilerassemblycodeassemblerobjectcodeexecutablelinkerloadermemorymachinecodeCprogramlibraryroutines翻譯并執(zhí)行程序compilerassemblycodeassemblerobjectcodeexecutablelinkerloadermemorymachinecodeCprogramlibraryroutines翻譯并執(zhí)行程序高級語言程序編譯成匯編程序。（包含偽指令）compilerassemblycodeassemblerobjectcodeexecutablelinkerloadermemorymachinecodeCprogramlibraryroutines翻譯并執(zhí)行程序匯編程序到目標(biāo)文件（二進(jìn)制機(jī)器語言）。包含未定義的標(biāo)記，如外部引用。compilerassemblycodeassemblerobjectcodeexecutablelinkerloadermemorymachinecodeCprogramlibraryroutines翻譯并執(zhí)行程序所有地址變?yōu)檎鎸嵉刂罚榱藴p少重復(fù)勞動，對每個過程是單獨編譯和匯編的，每個模塊不知道其他模塊的真實位置）compilerassemblycodeassemblerobjectcodeexecutablelinkerloadermemorymachinecodeCprogramlibraryroutines翻譯并執(zhí)行程序?qū)⒖蓤?zhí)行文件加載到內(nèi)存并執(zhí)行。動態(tài)鏈接：直到程序運行，動態(tài)鏈接庫的庫例程才被加載鏈接。陷阱與謬誤強(qiáng)大的指令

更高的性能因為需要較少的指令就可以完成同樣的功能但是復(fù)雜的指令難于實現(xiàn)由于復(fù)雜指令的指令周期長，常常導(dǎo)致簡單指令也慢下來。編譯程序更傾向于使用簡單指令匯編語言編程性能高編譯器發(fā)展匯編代碼長度長更多的錯誤機(jī)會、低效等陷阱與謬誤二進(jìn)制兼容指令集不變字節(jié)編址的計算機(jī)中，連續(xù)字地址相差不是1。32位字長相差4!在自動變量的定義過程之外，使用該變量對應(yīng)的指針。例如：C語言的局部數(shù)組。本章小結(jié)計算機(jī)設(shè)計的4條原則一個計算機(jī)應(yīng)有的指令種類：數(shù)據(jù)傳輸類指令運算類指令（算數(shù)、邏輯、移位等）程序控制類指令（分支）程序中斷類指令輸入輸出指令本章小結(jié)指令格式的設(shè)計：操作碼（越短越好）的設(shè)計（擴(kuò)展操作碼，哈夫曼編碼）地址碼的設(shè)計（3地址，2地址，1地址，0地址指令）尋址方式例：指令字長為12位，每個地址碼為3位，采用擴(kuò)展操作碼的方式，設(shè)計4條三地址指令、255條一地址指令和8條零地址指令。(1)

寫出擴(kuò)展表示；(2)

畫出指令譯碼邏輯圖；(3)

計算操作碼平均長度。解：(1)操作碼的擴(kuò)展表示如下：

0

00 ××× ××× ××× … 4條三地址指令

0

11 ××× ××× ×××

1

00 000 000 ××× … 255條一地址指令

1

11 111 110 ××× 111 111 111

000 … 8條零地址指令 111 111 111

111紅色的部分決定是否擴(kuò)展(3)操作碼平均長度=(4×3＋9×255＋12×8)/267=9。8種狀態(tài)中，當(dāng)高三位取100時y4有效，101時y5有效，110時y6有效，111時y7有效，三信號相或，決定下一個譯碼器是否做指令譯碼。

指令操作碼是有空余的。在可變長度的指令系統(tǒng)的設(shè)計中，擴(kuò)展方法的原則:使用頻度(即指令在程序中的出現(xiàn)概率)高的指令應(yīng)分配短的操作碼，使用頻度低的指令相應(yīng)地分配較長的操作碼，哈夫曼(Huffman)編碼法就是根據(jù)上述原則進(jìn)行編碼。

Huffman編碼法可用Huffman樹的方法來實現(xiàn)：首先將使用頻度最小的、盡可能接近的兩個概率合并為一個概率和，然后把它作為葉結(jié)點。新的結(jié)點與其它的葉結(jié)點再按頻度大小排序。然后繼續(xù)與別的相近的概率合并，如此反復(fù)，直至全部使用頻度都處理完畢，最后形成一個頻度為1的根結(jié)點。壓縮過程可不完全相同。此后，從根節(jié)點開始向下延伸，左分支取1，右分支取0，遍歷所有的葉節(jié)點。

表4.2操作碼的Huffman編碼法指令I(lǐng)i使用頻度PiHuffman編碼操作碼長度LiI1I2I3I4I5I6I70.400.260.150.060.050.040.04010110111001110111110111111位2位3位5位5位5位5位如果將使用的頻度與位數(shù)綜合考慮，可按下式求得平均編碼長度：L=∑Li×Pi上例的平均編碼長度為：

L=［0.40×1+0.26×2+0.15×3+0.6×5+0.05×5+0.04×5+0.04×5］位=2.32位Huffman擴(kuò)展編碼法與擴(kuò)展編碼法區(qū)別：

Huffman擴(kuò)展編碼法:從指令的使用頻度出發(fā)，對指令的長度沒有限制（操作碼與地址碼兩部分長度之和是字節(jié)的整數(shù)倍）。

擴(kuò)展編碼法:從地址碼的個數(shù)出發(fā)來決定操作碼字段位數(shù)[例4.4]某機(jī)主存容量64K×16位，共有60條單字長、單地址指令。試采用直接、間接、變址和相對這四種尋址方式設(shè)計指令格式，并說明每一種尋址方式的尋址范圍及有效地址計算方法。解：60條指令操作碼字段(OP)至少需占用6位(26=64)，這樣指令余下長度10位。尋址模式(X)為四種，所以要2位(22=4)。形式地址(D)只剩下8位。其指令格式如下： 15109870OPXD尋址模式如下：X=00直接尋址 有效地址 E=D(256