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计算机系统结构 （第5讲） 计算机系统结构 第一章 基本概念 第二章 指令系统 第三章 存储系统 第四章 输入输出系统 第五章 标量处理机 第六章 向量处理机 第七章 互连网络 第八章 并行处理机和 多处理机 第二章　指令系统 指令系统是计算机系统结构的主要组成部分 指令系统是软件与硬件分界面的一个主要标志 指令系统是软件与硬件之间互相沟通的桥梁 指令系统与软件之间的语义差距越来越大 第二章　指令系统 2.1 数据表示 2.2 寻址技术 2.3 指令格式的优化设计 2.4 指令系统的功能设计 2.5 RISC指令系统 2.1 数据表示 新的研究成果，如浮点数基值的选择方法 新的数据表示方法，如自定义数据表示 2.1.1 数据表示与数据类型 2.1.2 浮点数的设计方法 2.1.3 自定义数据表示 2.1.1 数据表示与数据类型 数据表示的定义：数据表示是指计算机硬件能够直接识别，可以被指令系统直接调用的那些数据类型。定点、逻辑、浮点、十进制、字符、字符串、堆栈和向量 数据类型：文件、图、表、树、阵列、队列、链表、栈、向量、串、实数、整数、布尔数、字符等。 确定哪些数据类型用数据表示实现，是软件与硬件的取舍问题。 确定数据表示的原则：1.缩短程序的运行时间2.减少CPU与主存储器之间的通信量3.这种数据表示的通用性和利用率 数据表示在不断发展如：矩阵、树、图、表及自定义数据表示等 2.1.2 浮点数的设计方法 1、浮点数的表示方式 一个浮点数N可以用如下方式表示： 需要有6个参数来定义。 两个数值：m：尾数的值，包括尾数的码制(原码或补码)和数制(小数或整数）e：阶码的值，移码(偏码、增码、译码、余码等)或补码，整数 1.原码、反码、补码 (1) x=+10101 (2) x=-10101 [x]原=010101 [x]原=110101 [x]反=010101 [x]反=101010 [x]补=010101 [x]补=101011 结论1: 对于正数来说，[x]原= [x]反=[x]补 即符号位为零，后面加上x的真值。 结论2: 对于负数来说， [x]原=1+x的真值 [x]反=1+ x的真值的每一位求反 [x]补=1+ x的真值的每一位求反，最后一位加1 2. 移码 十进制值 补码 移码 十进制值 补码 移码 +7 0111 1111 -1 1111 0111 +6 0110 1110 -2 1110 0110 +5 0101 1101 -3 1101 0101 +4 0100 1100 -4 1100 0100 +3 0011 1011 -5 1011 0011 +2 0010 1010 -6 1010 0010 +1 0001 1001 -7 1001 0001 0 0000 1000 -8 1000 0000 由[x]补得到[x]移的方法是变[x]补的符号位为其反码。 最高一位为符号位，1代表正号，0代表负号。 3．浮点数的规格化 同一个浮点数的表示不是唯一的。 0.5可表示为0.05 *101 , 50*10-2 尾数用原码表示，最高位不等于零，称之为规格化数。 尾数用补码表示，最高位与符号位不等，称之为规格化数。 尾数的符号位表示整个数的正负。 阶码的符号位表示把尾数扩大(缩小)N倍。 2.1.2 浮点数的设计方法 1、浮点数的表示方式 一个浮点数N可以用如下方式表示： 需要有6个参数来定义。 两个数值：m：尾数的值，包括尾数的码制(原码或补码)和数制(小数或整数）e：阶码的值，移码(偏码、增码、译码、余码等)或补码，整数 两个基值：rm：尾数的基值，2进制、4进制、8进制、16进制和10进制等re：阶码的基值，通常为2 两个字长：p：尾数长度，当rm＝16时，每4个二进制位表示一位尾数q：阶码长度，阶码部分的二进制位数p和q均不包括符号位 浮点数的存储式  注：mf为尾数的符号位，ef为阶码的符号位，e为阶码的值，m为尾数的值。 2、浮点数的表数范围 尾数为原码、小数，阶码用移码、整数时，规格化浮点数N的表数范围： 尾数为补码，而负数区间的表数范围为： 浮点数在数轴上的分布情况 例2.1： p＝23，q＝7，rm＝re＝2，尾数用原码、小数表示，阶码用移码、整数表示，求规格化浮点数N的表数范围。 解： 规格化浮点数N的表数范围是： 例2.3：尾数用补码、小数表示，阶码用移码、整数表示，p＝6，q＝6，rm＝16，re＝2，求规格化浮点数N表数范围 解：规格化浮点数N在正数区间的表数范围是： 在负数区