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时间:2019-08-05
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1、第二章数据表示、寻址方式与指令系统目录数据表示寻址方式指令系统的设计和优化指令系统的发展和改进§1数据表示数据表示与数据结构高级数据表示自定义数据表示(Self_defining)带标识符的数据表示数据描述符向量数组数据表示堆栈数据表示引入数据表示的原则浮点数尾数基值大小和下溢处理方法的选择(选讲)在机器上直接运行的程序是由指令组成的。指令系统是软件与硬件之间的一个主要分界面,也是他们之间互相沟通的一座桥梁。硬件设计人员采用各种手段实现指令系统,而软件设计人员则使用这些指令系统编制系统软件和应用软件,用这些软件来填补指令系统与人们习惯的使用方式之间的语义差距。指令系
2、统设计必须由软件设计人员和硬件设计人员共同来完成。指令系统发展相当缓慢,需要用软件来填补的东西也就越来越多。数据表示定义:机器硬件能直接识别和引用的数据类型。条件:相应的运算指令和运算硬件(处理部件)。分类:基本数据表示、高级数据表示、自定义数据表示。目标:缩小高级语言和机器语言间的语义差别提高性能/价格节省处理时间和存储空间实现:最小的存储空间、最简单的存取算法。数据表示与数据结构数据表示:指的是能由机器硬件直接识别和引用的数据类型。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。目标:最大限度满足应用要求、
3、最简化的方法实现。实现:通过数据表示和软件映象相结合方法实现。数据表示是数据类型的子集。数据表示的确定实质上是软、硬件的取舍问题数据结构和数据表示是软、硬件的界面确定数据表示的原则是缩短程序的运行时间是减少CPU与主存储器之间的通信量是这种数据表示的通用性和利用率数据表示在不断发展例如:矩阵、树、图、表及自定义数据表示等已经开始用于数据表示中例:计算C=A+B,其中,A、B、C均为200×200的矩阵。分析采用向量数据表示的作用。解:如果在没有向量数据表示的计算机上实现,一般需要6条指令,其中有4条指令要循环4万次。因此,CPU与主存储器之间的通信量:取指令:2+4
4、×40,000条读或写数据:3×40,000个共要访问主存储器:7×40,000次以上如果有向量数据表示,只需要一条指令。减少访问主存(取指令)次数4×40,000次用软件和硬件结合的方法实现新的数据表示用字节编址支持字符串数据表示用变址寻址方式来支持向量数据表示数据类型定义:具有一组值的集合,且定义了作用于该集合的操作集。目的:防止不同类型数据间的误操作。分类:基本类型、结构类型。基本数据类型内容:二进制位、二进制位串、整数、十进制数、浮点数、字符、布尔数等。结构数据类型定义:由一组相互有关的数据元素复合而成的数据类型。分类:系统数据类型、用户自定义数据类型内容:
5、数组、字符串、向量、堆栈、队列、记录等数据表示中应表达的内容数值的表达进位制数、负数、小数点的方式字符和符号的表达ASCII码数据单位的表达字:逻辑单位,一条指令处理的数据单位。32Bit,字节、半字、字、双字数据的属性类型、存放的位置、对数据的约束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。Burroughs公司在大型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数据表示的发展定点数据表示用定点数表示浮点数不方便而低效50年代提出变址操作,为向量、阵列提供方便。用循环遍历向量和阵列可变长字符串数据表
6、示支持串数据结构的实现用于输入、输出、事务处理和编译高级数据表示自定义数据表示(Self_defining)带标识符的数据表示数据描述符向量数组数据表示堆栈数据表示带标识符的数据表示主要用于指明数据类型(如二进制整数、十进制整数等,也可用于指明及其内部所用信息的各种类型。标志符由编译器或其他系统软件建立,对高级程序员透明。程序(包括指令和数据)的存储量分析数据存储量增加,指令存储量减少类型标志数据值举例:假设X处理机的数据不带标志符,其指令字长和数据字长均为32位;Y处理机的数据带标志符,数据字长增加至35位,其中3位是标志符,其指令字长由32位减少至30位。并假设
7、一条指令平均访问两个操作数,每个操作数平均被访问R次。分别计算这两种不同类型的处理机中程序所占用的存储空间。程序占用存储空间的比值:当R>3时,有:By10即带标志符的处理机所占用的存储空间通常要小。采用标识符缩短操作码而节省程序空间AB采用标识符数据字增长不采用标识符数据(少)指令(多)采用标识符指令字缩短通常有面积B>面积A举例:在IBM370中执行A=A+B运算。若A和B都是十进制数,只需要一条指令,共6个字节,在IBM370/145上执行时间是13微秒。若A与B中有一个是定点二进制数,由于要进行数据类型的一致性检查和转换,在P
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