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计算机系统结构第二章 数据表示与指令系统 基本要求 领会数据表示与数据结构的关系，自定义数据表示中标志符数据表示的优点，掌握浮点数的表示方法。 了解指令系统中三种面向的寻址方式。理解逻辑地址变换成物理地址中所采用的静态再定位和动态再定位的方法。基址寻址和变址寻址的差别。领会信息在主存中按整数边界存贮的含义、编址要求、存在问题和适用场合。 熟练掌握等长码编码、哈夫曼编码和扩展操作码的编码方法并能针对题目的具体要求设计出比较优化的指令格式。 了解改进指令系统所要达到的目标以及所采取的思路和办法。 了解CISC的问题和RISC的优点。 本章的重点和难点 本章的重点是：自定义数据表示；浮点数尾数的基值选择；数的下溢处理方法；寻址方式中的再定位技术；信息在存贮器中按整数边界存贮的概念；操作码和指令字格式的优化；CISC指令系统的改进途径综述；RISC概念及所采用的基本技术等。 本章的难点是：浮点数尾数基值的选择；操作码和指令字格式的优化设计。 一、浮点数据表示 一、浮点数据表示 一、浮点数据表示 2 通用计算机浮点数的表示格式 2 通用计算机浮点数的表示格式 2 通用计算机浮点数的表示格式 2 通用计算机浮点数的表示格式 2 通用计算机浮点数的表示格式 2 通用计算机浮点数的表示格式 2 通用计算机浮点数的表示格式 2 通用计算机浮点数的表示格式 2 通用计算机浮点数的表示格式 一、浮点数据表示----举例 一、浮点数据表示----尾数舍入处理 一、浮点数据表示----尾数舍入处理 一、浮点数据表示----尾数舍入处理 二、信息在主存中按整数边界存储 二、寻址方式 二、信息在主存中按整数边界存储 二、寻址方式 二、信息在主存中按整数边界存储 二、寻址方式 二、信息在主存中按整数边界存储 二、寻址方式 各种长度的信息在主存中存放的首地址必须是该信息宽度的整数倍 三、指令格式的优化设计 2、操作码优化举例 2、操作码优化举例 3.指令字格式优化的措施 3.指令字格式优化的措施 四、自定义数据表示 1.数据结构与数据表示的关系 2.自定义数据表示 2.自定义数据表示 四、数据表示 四、数据表示 四、数据表示 四、数据表示 四、数据表示 四、数据表示 四、数据表示 五、按增强指令功能的方向发展与改进指令系统 五、按增强指令功能的方向发展与改进指令系统 五、按增强指令功能的方向发展与改进指令系统 六、按简化指令功能的方向发展与改进指令系统 4 RISC的问题及发展趋势 RISC的问题和不足是：加重了汇编语言程序设计的负担；目标程序所占的存贮空间量可能加大；对浮点运算和虚拟存贮器等的支持还不够强；对编译程序的设计质量要求较高，难度较大。 今后计算机发展改进的总趋势是让RISC和CISC两者互相结合，取长补短。 目的和任务：如何用最短的位数来表示指令的操作信息和地址信息，使指令的平均字长最短。 缩短指令的长度 缩短程序的长度 减少程序的存储空间 减少读取指令的时间 减少指令的译码时间 三、指令格式的优化设计 三、指令格式的优化设计 猜一猜哪个国家夺得了大力神杯？ 中国 古巴 葡萄牙 西班牙 智利 朝鲜 德国 巴西 牙买加 加纳 巴拉圭 墨西哥 法国 英格兰 意大利 韩国 伊朗 瑞典 喀麦隆 1 操作码的优化 0.03 I6 0.03 0.04 0.05 0.15 0.3 0.4 使用频度（pi） I7 I5 I4 I3 I2 I1 指令 三、指令格式的优化设计 H=-∑pi×log2pi=2.17 等长码的信息冗余= 实际编码平均长度-H 实际编码平均长度 3-2.17 3 = =27.7% 1 操作码的优化 0.03 I6 0.03 0.04 0.05 0.15 0.3 0.4 使用频度(pi) I7 I5 I4 I3 I2 I1 指令 三、指令格式的优化设计 目前已经找到的可以使得平均码长最短的编码是哈夫曼编码。 哈夫曼编码的信息冗余= 实际编码平均长度-H 实际编码平均长度 2.2-2.17 2.2 = =1.36% 5 11111 0.03 I7 5 11110 0.03 I6 5 11101 0.04 I5 5 11100 0.05 I4 3 110 0.15 I3 2 10 0.3 I2 1 0 0.4 I1 编码长度 编码 使用频度 指令 三、指令格式的优化设计 1 操作码的优化 哈夫曼编码的缺点：译码困难 三、指令格式的优化设计 1 操作码的优化 实用的操作码编码应当采用扩展操作码编码。 它限定使用少数几种码长； 使用频度高的用短码、使用频度低的用长码。 长码在没有使用的短码的基础上扩展得到。 短码都不能是长码的前缀 3 1111 0.03 I7 3 1110