系统结构第二章课件.ppt

计算机组成与系统结构 第一章 基本概念 第二章 指令系统及CPU组成 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 第九章 多处理机 第二章 指令系统及CPU组成 ? 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 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 2.1.3 浮点数的舍入处理 浮点数要进行舍入处理的原因是： 十进制数转化为浮点数时，有效位长度超过给定的尾数字长。 两个浮点数的加减乘除结果，尾数长度超过给定的尾数字长。 舍入处理要解决的问题是： 把规格化尾数的p＋g位处理成只有p位。 其中：p是浮点数表示方式给定的尾数字长， g是超过给定尾数字长的部分。 舍入方法的主要性能标准是： 绝对误差小，积累误差小，容易实现。 进行舍入处理时要注意的问题是： 必须先规格化，然后再舍入，否则舍入是没有意义的。 在计算积累误差时，要同时考虑到正数区和负数区的情况。 方法1：恒舍法 恒舍法又称截断法、必舍法等 恒舍法的舍入规则及误差情况 主要优点：实现非常容易。 主要缺点：误差大，正负区误差相反，但同一区误差积累。 方法2：恒置法 又称恒置r/2法、恒置1法、或冯诺依曼法。 舍入规则：把规格化尾数有效字长p位的最低一位置成 r/2。 恒置法在正数区的舍入规则及误差情况 主要缺点：表数精度比较低。 主要优点：实现比较容易，积累误差较小，正负区误差平衡。 方法3：下舍上入法 又称为4舍5入法、0舍1入法、7舍8入法等。 舍入规则及误差情况 主要优点：精度高，积累误差小，正负区误差完全平衡。 主要缺点：实现起来比较困难。 方法4：R*舍入法 R*舍入法的舍入规则及误差情况 只有少数巨型计算机（如BSP科学处理机）采用R*舍入法。 优点：没有积累误差，精度很高。 缺点：实现非常复杂。判断g是否为10...0，采用下舍上入法或恒置法，判断舍入后是否溢出，可能要再次右规格化。 方法5：查表法 又称ROM舍入法，PLA舍入法等。 主要优点：通过修改ROM或PLA 中的内容使积累误差达到平衡。 继承了下舍上入法精度高、积 累误差小的优点，同时又克服 了实现起来比较困难的缺点。 关于舍入方法的主要结论： 恒置法虽有少量的积累误差，且损失一位精度，但由于实现很容易，已普遍在小型及微型机中使用。 R*舍入法是唯一积累误差能达到完全平衡的舍入方法，但由于实现非常复杂，仅在少数对误差要求非常高的机器中采用。 下舍上入法只有少量的积累误差，且精度比较高，但实现很复杂，在用软件实现的算法中经常采用。 查表法实现比较容易，积累误差很小，且可以通过改变ROM或PLA中的内容来修正积累误差，是一种很有前途的舍入方法。 2.1.4 浮点数的运算方法 1、浮点数的加减法运算方法 十进制实数加减法运算，例如： 0.96?10３＋0.84?10２ ＝0.96?10３＋0.084?103 ＝1.044?10３ ＝0.1044?104 第一步：对阶，向大阶看齐。 阶码小的尾数右移，移位次数等于两数的阶差。 第二步：尾数加，定点加法。 第三步：结果后处理，包括： 如果尾数益出，右规格化一位。尾数右移一位，阶码加1。 如果最高位为0(补码制中最高为与符号为相反),左规格化。 尾数左移一位，阶码加1，并循环进行。 进行舍入处理。判断是否益出。 例1：A－B＝0.110000×20－0.111111×2-1， 32位浮点数的存储格式：尾数用补码小数，阶码用移码整数表示阶码和尾数的基值均为2，有隐藏位。 Ａ：0100 0000 1000 0000 0000 0000 0000 0000 Ｂ：0011 1111 1111 1000 0000 0000 0000 0000 对阶，包括减数的尾数求补。 0100 0000 1 1000 0000 0000 0000 0000 0000 1100 0000 1 0000 0100 0000 0000 0000 0000 尾数加： 0100 0000 0 1000 0100 0000 0000 0000 0000 左规格化一位，并去掉隐藏位，得到32位浮点数的存