寻址方式.ppt

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 数据表示 寻址技术 指令格式的优化设计 指令系统的功能设计 精简指令系统 2.1 数据表示 数据表示与数据类型 浮点数表示 浮点数尾数基值的选择 浮点数格式的设计 自定义数据表示 数据表示与数据结构 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。（由硬件实现的数据类型 数据结构：面向计算机系统软件、面向应用领域所需处理的数据类型。（由软件实现的数据类型） 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、扩大 用软件和硬件相结合的方法实现新的数据表示。 浮点数据表示 浮点数的表示方式 一个浮点数N可以用如下方式表示： 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 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 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 浮点数的存储方式  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。 浮点数的表数范围 主要与阶码的基 ,尾数的基rm ,阶码的位数p决定，当尾数用原码，纯小数，阶码采用移码、整数时，规格化浮点数的表数范围： 浮点数的表数精度 浮点数的表数精度与尾数基值rm和尾数长度p有关。 浮点数的表数效率 通常把尾数最高位为非零的浮点数称为规格化浮点数。只有零除外，此时，尾数和阶码为全零。也是规格化浮点数。 表数效率表示为： 浮点数尾数基值的选择 在浮点数的字长和表数范围一定时，尾数基值rm取2或4具有最高的表数精度。 在浮点数的字长和表数精度一定时，尾数基值rm取2或4具有最大的表数范围。 综合以上两点： 当浮点数字长确定之后，尾数基值rm取2或4具有最大的表数范围和最高的表数精度。 浮点数格式的设计 定义浮点数表示方式的6个参数的确定原则： 尾数：多数机器采用原码、小数表示。采用原码制表示：加减法比补码表示复杂，乘除法比补码简单，表示非常直观。采用小数表示能简化运算，特别是乘除法运算。 阶码：一般机器都采用整数、移码表示。采用移码表示的主要原因是：浮点0与机器0一致。阶码进行加减运算时，移码的加减法运算要比补码复杂 尾数的基值rm选择2 阶码的基值re取2 浮点数格式设计的关键问题是：在表数范围和表数精度给定的情况下，如何确定最短的尾数字长p和阶码字长q 解：根据表数范围的要求：解这个不等式： 所设计浮点数格式的主要性能如下： 最大尾数值： 绝对值最小的尾数值： 最大阶码： 最小阶码： 最大正数： 最小正数： 最大负数： 最小负数： 表数精度： 浮点零：浮点零与机器零相同，64位全为0表数效率：采用隐藏位，表数效率h = 100% 自定义数据表示 一般处理机中的数据表示方法 数据存储单元(寄存器、主存储器、外存储器等)只存放纯数据 通过指令中的操作码来解释： 数据的类型（定点、浮点、字符、字符串、逻辑数、向量等） 进位制（2进制、10进制、16进制等） 数据字长（字、半字、双字、字节等） 寻址方式（直接寻址、间接寻址、相对寻址、寄存器寻址 数据的功能（地址、数值、控制字、标志等）等 同一种操作（如加法）有很多条指令 在高级语言和应用软件中，数据的属性由数据自己定义。 在高级语言与机器语言之间的语义差距，要靠编译器等填补 60年代开始，Burroughs公司在大型计算机中引入自定义数据表示方式和带标志符的数据表示方式 采用标志符数据表示方法的主要优点： (1)简化了指令系统。(2)由硬件自动实现一致性检查和数据类型的转换。(3)简化程序设计，缩小了人与机器之间的语义差距。(4)简化编译器，使高级语言与机器语言之间的语义差距大大缩短。(5)支持数据库系统，一个软件不加修改就可适用于多种数据类型。(6)方便软件调试，在每个数据中都有陷井位。 采用标志符数据表示方法的主要缺点：(1)数据和指令的长度可能不一致。(2)指令的执行速度降低。程序的设计时间、编译时间和调试时间缩短。(3) 硬件复杂度增加。 数据描述符表示法 数据描述符与标志符的区别：标志