Alpha Architecture Handbook - Harvard University
Alpha Architecture HandbookOrder Number EC–QD2KB–TERevision/Update Information:This is Version 3 of the Alpha Architecture Handbook.The changes and additions in this book are subsequent to the Alpha AXP ArchitectureReference Manual, Second Edition, and the Alpha AXP Architecture Handbook, Version 2.Digital Equipment CorporationMaynard, Massachusetts
October 1996While Digital believes the information included in this publication is correct as of the date of publication,it is subject to change without notice.Digital Equipment Corporation makes no representations that the use of its products in the mannerdescribed in this publication will not infringe on existing or future patent rights, nor do the descriptionscontained in this publication imply the granting of licenses to make, use, or sell equipment or softwarein accordance with the description.Copyright 1996 Digital Equipment Corporation. All rights reserved.The following are trademarks of Digital Equipment Corporation: AlphaGeneration, Alpha AXP, AXP,DEC, Digital, OpenVMS, PDP–11, VAX, VAX DOCUMENT, the AlphaGeneration design mark, and theDIGITAL logo.Cray is a registered trademark of Cray Research, Inc. IBM is a registered trademark of InternationalBusiness Machines Corporation. UNIX is a registered trademark in the United States and othercountries licensed exclusively through X/Open Company Ltd. Windows NT is a trademark of MicrosoftCorporation.All other trademarks and registered trademarks are the property of their respective holders.This document was prepared using VAX DOCUMENT, Version 2.1-1.
ContentsPrefacexvChapter 1 Introduction (I)1.1The Alpha Approach to RISC Architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1.2Data Format Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1.3Instruction Format Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1.4Instruction Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1.5Instruction Set Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1.6Terminology and Conventions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1.6.1Numbering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1.6.2Security Holes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1.6.3UNPREDICTABLE and UNDEFINED . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1.6.4Ranges and Extents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1.6.5ALIGNED and UNALIGNED . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1.6.6Must Be Zero (MBZ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1.6.7Read As Zero (RAZ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1.6.8Should Be Zero (SBZ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1.6.9Ignore (IGN) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1.6.10 Implementation Dependent (IMP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1.6.11 Figure Drawing Conventions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1.6.12 Macro Code Example Conventions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81–91–91–91–91–91–91–91–9Chapter 2 Basic Architecture (I)2.1Addressing . . . . . . . . . . . . . . . . .2.2Data Types . . . . . . . . . . . . . . . . .2.2.1Byte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2.2.2Word . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2.2.3Longword . . . . . . . . . . . . . . . .2.2.4Quadword . . . . . . . . . . . . . . .2.2.5VAX Floating-Point Formats .2.2.5.1F floating . . . . . . . . . . . . . .2.2.5.2G floating . . . . . . . . . . . . . .2.2.5.3D floating . . . . . . . . . . . . . .2.2.6IEEE Floating-Point Formats2.2.6.1S Floating . . . . . . . . . . . . .2.2.6.2T floating . . . . . . . . . . . . . .2.2.6.3X Floating . . . . . . . . . . . . 62–72–72–92–10iii
2.2.7Longword Integer Format in Floating-Point Unit2.2.8Quadword Integer Format in Floating-Point Unit2.2.9Data Types with No Hardware Support . . . . . . . .2.3Big-endian Addressing Support . . . . . . . . . . . . . . . .2–122–132–132–143.1Alpha Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3.1.1Program Counter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3.1.2Integer Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3.1.3Floating-Point Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3.1.4Lock Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3.1.5Processor Cycle Counter (PCC) Register . . . . . . . . . . .3.1.6Optional Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3.1.6.1Memory Prefetch Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3.1.6.2VAX Compatibility Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3.2Notation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3.2.1Operand Notation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3.2.2Instruction Operand Notation . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3.2.3Operators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3.2.4Notation Conventions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3.3Instruction Formats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3.3.1Memory Instruction Format . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3.3.1.1Memory Format Instructions with a Function Code .3.3.1.2Memory Format Jump Instructions . . . . . . . . . . . . .3.3.2Branch Instruction Format . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3.3.3Operate Instruction Format . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3.3.4Floating-Point Operate Instruction Format . . . . . . . . .3.3.4.1Floating-Point Convert Instructions . . . . . . . . . . . . .3.3.4.2Floating-Point/Integer Register Moves . . . . . . . . . . .3.3.5PALcode Instruction Format . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4–34–44–54–64–84–94–12Chapter 3 Instruction Formats (I)Chapter 4 Instruction Descriptions (I)4.1Instruction Set Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.1.1Subsetting Rules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.1.1.1Floating-Point Subsets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.1.2Software Emulation Rules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.1.3Opcode Qualifiers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.2Memory Integer Load/Store Instructions . . . . . . . . . . . .4.2.1Load Address . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.2.2Load Memory Data into Integer Register . . . . . . . . . .4.2.3Load Unaligned Memory Data into Integer Register .4.2.4Load Memory Data into Integer Register Locked . . . .4.2.5Store Integer Register Data into Memory Conditionaliv.
4.2.6Store Integer Register Data into Memory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.2.7Store Unaligned Integer Register Data into Memory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.3Control Instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.3.1Conditional Branch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.3.2Unconditional Branch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.3.3Jumps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.4Integer Arithmetic Instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.4.1Longword Add . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.4.2Scaled Longword Add . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.4.3Quadword Add . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.4.4Scaled Quadword Add . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.4.5Integer Signed Compare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.4.6Integer Unsigned Compare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.4.7Count Leading Zero . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.4.8Count Population . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.4.9Count Trailing Zero . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.4.10 Longword Multiply . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.4.11 Quadword Multiply . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.4.12 Unsigned Quadword Multiply High . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.4.13 Longword Subtract . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.4.14 Scaled Longword Subtract . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.4.15 Quadword Subtract . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.4.16 Scaled Quadword Subtract . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.5Logical and Shift Instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.5.1Logical Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.5.2Conditional Move Integer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.5.3Shift Logical . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.5.4Shift Arithmetic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.6Byte-Manipulation Instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.6.1Compare Byte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.6.2Extract Byte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.6.3Byte Insert . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.6.4Byte Mask . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.6.5Sign Extend . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.6.6Zero Bytes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.7Floating-Point Instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.7.1Floating-Point Single-Precision Operations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.7.2Floating Subsets and Floating Faults . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.7.3Definitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.7.4Encodings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.7.5Floating-Point Rounding Modes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.7.6Floating-Point Trapping Modes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.7.6.1Imprecise /Software Completion Trap Modes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.7.6.2Invalid Operation (INV) Arithmetic Trap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.7.6.3Division by Zero (DZE) Arithmetic Trap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . �684–694–714–72v
4.7.6.4Overflow (OVF) Arithmetic Trap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.7.6.5Underflow (UNF) Arithmetic Trap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.7.6.6Inexact Result (INE) Arithmetic Trap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.7.6.7Integer Overflow (IOV) Arithmetic Trap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.7.6.8Floating-Point Trap Disable Bits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.7.7FPCR Register and Dynamic Rounding Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.7.7.1Accessing the FPCR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.7.7.2Default Values of the FPCR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.7.7.3Saving and Restoring the FPCR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.7.8Floating-Point Computational Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.7.9Floating-Point Instruction Function Field Format . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.7.10 IEEE Standard . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.7.10.1Conversion of NaN and Infinity Values . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.7.10.2Copying NaN Values . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.7.10.3Generating NaN Values . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.7.10.4Propagating NaN Values . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.8Memory Format Floating-Point Instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.8.1Load F floating . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.8.2Load G floating . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.8.3Load S floating . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.8.4Load T floating . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.8.5Store F floating . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.8.6Store G floating . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.8.7Store S floating . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.8.8Store T floating . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.9Branch Format Floating-Point Instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.9.1Conditional Branch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.10 Floating-Point Operate Format Instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.10.1 Copy Sign . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.10.2 Convert Integer to Integer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.10.3 Floating-Point Conditional Move . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.10.4 Move from/to Floating-Point Control Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.10.5 VAX Floating Add . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.10.6 IEEE Floating Add . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.10.7 VAX Floating Compare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.10.8 IEEE Floating Compare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.10.9 Convert VAX Floating to Integer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.10.10 Convert Integer to VAX Floating . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.10.11 Convert VAX Floating to VAX Floating . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.10.12 Convert IEEE Floating to Integer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.10.13 Convert Integer to IEEE Floating . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.10.14 Convert IEEE S Floating to IEEE T Floating . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.10.15 Convert IEEE T Floating to IEEE S Floating . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.10.16 VAX Floating Divide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.10.17 IEEE Floating Divide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . �1134–1144–1154–1164–1174–119
4.10.18 Floating-Point Register to Integer Register Move . .4.10.19 Integer Register to Flo
Alpha Architecture Handbook Order Number EC–QD2KB–TE Revision/Update Information: This is Version 3 of the Alpha Architecture Handbook. The changes and additions in this book are subsequent to the Alpha AXP Architecture Reference Manual, Second Edition, and the Alpha AXP Architecture Handbook, Version 2. Digital Equipment Corporation
2005-2006 Alpha Chi Omega Fall 2004 Delta Sigma Theta . Spring 2004 Kappa Alpha Theta 2003-2004 Alpha Xi Delta 2002-2003 Alpha Omicron Pi 2001-2002 Alpha Chi Omega . 1998-1999 Chi Omega 1997-1998 Alpha Xi Delta 1996-1997 Alpha Gamma Delta . 1995-1996 Alpha Gamma Delta 1994-1995 Alpha Gamma Delta 1993-1994 Chi Omega 1992-1993 Chi Omega .
CASIO IT -3000 PolyTherm 200-2.8 Alpha 800-3.4 PolyTherm 200-3.2 CASIO PB -300 Alpha 800-2.4 CASPAR INTEGRATED SYSTEMS PTS -160 Alpha 800-2.4 CBM iDP -3210 Alpha 800-2.4 CIBA 200/270 Alpha 800-2.4 CIBA #473552 Alpha 400-2.3 CIBA CORNING MAGIC LIFE ANALYZER II Alpha 800-2.4 CITIZEN CBM -210/220 Alpha 800-2.4
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Life science graduate education at Harvard is comprised of 14 Ph.D. programs of study across four Harvard faculties—Harvard Faculty of Arts and Sciences, Harvard T. H. Chan School of Public Health, Harvard Medical School, and Harvard School of Dental Medicine. These 14 programs make up the Harvard Integrated Life Sciences (HILS).
Sciences at Harvard University Richard A. and Susan F. Smith Campus Center 1350 Massachusetts Avenue, Suite 350 Cambridge, MA 02138 617-495-5315 gsas.harvard.edu Office of Diversity and Minority Affairs minrec@fas.harvard.edu gsas.harvard.edu/diversity Office of Admissions and Financial Aid admiss@fas.harvard.edu gsas.harvard.edu/apply
INSTRUCTIONS FOR ADDING PRIMOS SOUNDS TO BOSS DOGGTM, ALPHA DOGG TM AND TURBO DOGGTM Boss DoggTM Model# 3757 Alpha Dogg TM Model# 3756 Turbo Dogg TM Model# 3755 INSTALLATION: STEP 1 – Connect Boss / Alpha / Turbo Dogg Speaker to computer (PC or Mac) a) Turn OFF Boss / Alpha / Turbo Dogg remote. b) Turn ON Boss / Alpha / Turbo Dogg Speaker.File Size: 1MBPage Count: 5
learning teams, guided inquiry activities, critical and analytical thinking, problem solving, reporting, metacognition, and individual responsibility. Strategies for the successful use of learning teams are discussed, the roles of the instructor in this learning environment are described, and implementation hints
