《计算机组成原理2信息表示-罗克露.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机组成原理2信息表示-罗克露.ppt（42页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、主要知识点:.计算机中数据信息表示的方法.计算机中指令信息的表示方法,第二章 计算机中的信息表示,重点：.数的补码表示，定点数、浮点数的表示.指令的格式、寻址方式,难点：浮点数的表示、指令的寻址方式,2.1 数据型数据的表示方法,2.1.1 带符号数的表示（0）机器数与真值的概念:有符号的数在计算机中表示时,通常用“0”表示正数,“1”表示负数,称为“符号数码化”.在机器中使用的连同数符一起数码化的数,称机器数。用正、负号加绝对值表示的数值，称真值。例如：设机器字长为8位，数 X1的真值为+1001110，其对应的机器数就是01001110 数 X2的真值为-1001110，其对应的机器数就是
2、11001110,定点小数的原码定义为：,（1）原码表示法 设某定点小数真值为 X，(数值部分为 n 位）其对应的原码序列（机器数）为 X0。X1 X2 Xn,设某定点整数真值为 X，(数值部分为 n 位）其对应的原码序列（机器数）为 X0 X1 X2 Xn,定点整数的原码定义为：,（2）补码表示法 设某定点小数真值为X，(数值部分为 n 位）其对应的补码序列（机器数）为 X0 X1 X2 X,定点小数的补码定义为：,定点整数的补码定义为：,设某定点整数真值为X，(数值部分为 n 位）其对应的补码序列（机器数）为 X0 X1 X2 Xn,（3）移码的表示 设某定点整数真值为X，(数值部分为 n
3、 位）X移=2n+X(-2n=X 2n）移码的特点：1、正数的移码符号位为 1，负数的符号位为 0。2、同一个数，它的移码和补码表示时数值部分相同 符号，符号位相反。可表示为X移=2n+X补,原码的特点：1、原码对 0 的表示有+0、-0 之分。2、原码的符号位 X0不能和数值部分一起参加运算。补码的特点：1、补码对0 的表示是唯一的。2、补码的符号位可以和数值部分一起参加运算。3、相同字长的机器数，补码比原码多表示一个数（定点小数可以表示 1，定点整数可以表示-2n）,2.1.2 定点表示与浮点表示 1.定点表示法 代码序列为X0 X1 X2 X3 Xn X0是符号位，（1）定点小数的机器数
4、格式为,约定小数点位置,（2）定点整数的机器数格式为,约定小数点位置,定点数的表示范围：（以定点整数为例）（机器字长为n+1位，其中符号位1位，数值部分n位）,2.浮点表示法 设浮点数的真值 N=REM（E：阶码，M：尾数）（1）浮点数的表示格式：阶符 阶码值 数符 尾数值,（2）浮点数的规格化 原码规格化形式：正数为：0.1XX X 负数为：1.1XX X 补码规格化形式：正数为：0.1XX X 负数为：1.0XX X,浮点数的典型值,2.2 字符表示,2.2.1 ASCII码（略）,2.2.2 汉字编码简介（略）,2.3 指令信息的表示 2.3.1 指令格式 指令的基本格式：OP：Oper
5、ation code,AD：Address 1、指令字长：（1）定字长指令格式，如NOVA机，所有指令均16位字长（2）可变字长指令格式，通常以字节为单位，有一字节、二字节、三字节长度的指令，如 8086微处理机采用的是1-6字节的可变字长指令形式。,操作码OP,地址码AD,2、操作码格式（1）定长操作码 操作码的位数和位置是固定不变的，称 定长操作码。定长操作码常用于大、中型计算机中。例IBM-370中型计算机、VAX-11超级小型计算机的所有指令操作码的长度均是8位（一个字节）。,（2）扩展操作码（可变长操作码）不同的指令操作码的位数可以变化，称可变长操作码。采用扩展操作码可以有效地压缩指
6、令的平均长度，适用于小型、微型计算机。使用频度高的指令，采用较短的操作码，使用频度低的指令，采用较长的操作码，使得指令系统的操作码平均长度得到压缩。,例：某指令系统的指令字长16位，有三种指令格式：三地址、二地址、一地址，每个地址码4位，采用扩展操作码表示的指令格式如下：,OP,A1,A2,A3,指令格式：,指令功能：（A1）OP（A2）A3，（PC）+n PC,3、地址结构（1）三地址指令,OP,A1,A2,指令格式：,指令功能：（A1）OP（A2）A1,（PC）+n PC,（2）二地址指令,OP,A1,指令格式：,指令功能：1）单操作数时：OP（A1）A1 2）双操作数时：（AC）OP（A
7、1）AC,（3）一地址指令,注：AC为累加器，是隐含给出的,例：X、Y、Z是存放三个操作数的存储单元地址。分别用三地址、二地址、一地址结构的指令实现（X）+（Y）Z 的程序段，并分析比较，见下图：,OP,指令格式：,指令功能：1）单操作数时：操作数隐含在累加器AC中 或 2）操作数隐含约定在堆栈的顶部。,（4）零地址指令,4、指令格式举例（1）IBM-370 的指令格式 IBM-370是大型计算机，采用的是定长操作码，指令的高8位作为操作码。根据操作数的不同来源，指令分为5类：RR型（寄存器-寄存器）、RX型（寄存器-变址存储器），RS型（寄存器-存储器）、S I 型（存储器-立即数），SS型
8、（存储器-存储器器）。（见下图）,IBM-370指令格式,（2）PDP-11 的指令格式 PDP-11是小型计算机，采用的是扩展操作码，指令操作码基本长度4位，扩展后，形成7位操作码、10位操作码、及8位操作码、12位操作码，共有5种类型，见下图。,2.3.2 寻址方式 1、基本概念 可以存放操作数的存储形式：CPU中的寄存器、主存储器、堆栈、外存储器。什么叫“寻址方式”？指令中如何提供操作数或操作数地址的方式称“寻址方式”。“形式地址”A：指令中地址码字段给出的内容；“有效地址”E：实际存放操作数的单元地址。“寻址单位”：用一个有效地址访问存储器所取出的操作数的长度。按寻址单位分：字节寻址；
9、字寻址；位寻址；页寻址。,2、常见寻址方式,（1）立即寻址 形式地址A就是操作数Data本身，称立即数。(寻址过程可表示为：Data=A),（2）直接寻址 形式地址A就是有效地址E。寻址过程可表示为：E=A，Data=（E）=（A）,（存储器）直接寻址方式,（3）间接寻址 形式地址A是存放有效地址E的单元的地址。寻址过程可表示为：E=（A），Data=（E）=（A）,（存储器）间接寻址,（4）变址寻址 设Rx 为变址寄存器，形式地址为A。变址寻址过程可表示为：E=（Rx）+A，Data=（E）=（Rx）+A）,变址寻址,（6）基址寻址 设 RB 为变址寄存器，形式地址为A。变址寻址过程可表示为
10、：E=（RB）+A，Data=（E）=（RB）+A）,（5）相对寻址 设 PC 为程序计数器，形式地址为A。相对寻址过程可表示为：E=（PC）+A，Data=（E）=（PC）+A）,（7）基址加变址寻址 E=（RX）+（RB）+A，Data=（E）=（RX）+（RB）+A）,（8）页面寻址 E=（PC）H,A，说明:现行指令地址的高位段 作为有效地址的高位段,形式地址作为有效地址的低位段,二者拼接形成有效地址.,(9)堆栈寻址 a.堆栈的存取规则-LIFO 或 FILO b.堆栈的硬件设置,C、堆栈的工作方式（a）向上生成方式：设SP是堆栈指针，AC是累加器 压栈操作：（SP）SP(AC)(S
11、P)出栈操作：（SP）AC（SP）+1 SP（b）向下生成方式：,8086 CPU 的堆栈操作举例,2.3.3 指令的功能与类型1、概述(1)CISC与RISC的概念 CISC：复杂指令系统计算机 RISC：简单指令系统计算机(2)指令的分类方法 按指令的格式分类：双操作数指令、单操作数指令 按操作数寻址方式分类 例如IBM370机将指令分为：RR型、RX型、RS型、SI型、SS型 按指令的功能分类（适合用户使用的一种分类方法）,2、传送类指令,（设置传送类指令时，通常应注意3个问题：）(1)规定传送范围：有以下3类 寄存器寄存器 寄存器存储器/存储器寄存器 存储器 存储器 I/O接口寄存器C
12、PU寄存器(2)指明传送单位:通常有以下几类 字节（Byte）、字（Word)、长字（Long Word),例：VAX-11计算机中：指令 MOVB；字节传送 指令 MOVW；字传送 指令 MOVL；长字传送,80386计算机中：MOV AL，BL；字节传送 MOV AX，BX；字传送 MOV EAX，EBX；长字传送,(3)设置寻址方式,3、输入/输出指令（也称 I/O指令）(1)外围设备的编址方式：1）外围设备单独编址法 又分两种：编址到设备，即每一个设备一个地址（设备号）编址到寄存器级 2）与主存统一编址法，编址到寄存器级 将外围设备接口中的有关寄存器作为一个主存单元，分配一个地址。,(
13、2)I/O指令设置方式 1）设置专用的I/O指令 对于单独编址法，计算机的指令系统中必须设置专用的I/O指令。例 8086计算机中的 I/O指令：输入指令格式：IN 寄存器号，输入端口号 例：IN AL，127;127是一个8位的输入端口号。输出指令格式：OUT 输出端口号，寄存器号 例：OUT 80H，AL;80H是一个8位的输出端口号。2）用访问主存的指令实现I/O操作 例 PDP-11、VAX-11等计算机采用这种方式。,4、算术逻辑运算类指令(1)算术运算指令 主要有：ADD（加）、SUB（减）、INC（加1）、DEC（减1）、NEG（求补）及 MUL（乘）、DIV（除）(2)逻辑运算
14、指令 主要有：AND（与）、OR（或）、XOR（异或）、NOT（非）等(3)移位操作指令 算术左移：SAL（相当于乘以2）算术右移：SAR（相当于除以2）循环左移：ROL 循环右移：ROR,4、程序控制类指令(1)无条件转移指令 指令格式：JMP n；n 是转移地址(2)条件转移指令 例 8086计算机中的条件转移指令主要有：JZ（为零转）、JNZ（不为零转）JC（有进位转）、JNC（没有进位转）JS（为负转）、JNS（不为负转）JO（有溢出转）、JNO（没有溢出转）(3)子程序调用指令 指令格式：CALL n；n 是子程序入口地址(4)子程序返回指令 RET,RISC技术 RISC设计思想的特点：1、指令系统大多选取使用频度高的简单指令，大多指令单周期完成。2、采用LOAD/STORE结构，只有取数/存数指令访问存储器。3、采用固定的指令格式，较少的指令数和寻址方式。4、采用硬布线控制逻辑，以硬布线控制为主，不用或少用微程序控制。5、采用面向寄存器的结构。6、采用多级指令流水线结构。7、特别注重采用编译优化技术，减少程序执行时间。,
