计算机体系结构第二章.ppt

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1、第二章数据表示与指令系统§1数据表示一、数据表示的确定1.何谓数据表示由硬件直接识别和处理（引用）的数据类型，2.数据表示的主要类型1）常用数据表示：定点数、字符串、浮点数等。2）高级数据表示：自定义、向量、堆栈数据表示3.数据表示与系统结构的关系1）数据表示是硬件设计基础2）数据表示是指令加工的对象4.数据表示确定在进行软件和硬件的功能分配时，计算机系统结构设计应考虑在机器中设置哪些数据表示，使之能对应用中用到的数据结构有高的实现效率。在定点、浮点、字符串、逻辑、十进制等基本数据表示的基础之上，根据应用的需要，考虑在机器中引入哪些高级的数据表示，以便能为数据的实现提

2、供更好的支持（通用性和利用率是否较高）。1）一般计算机要选用常用的数据表示；2）对较高级的数据表示要有针对选取。①当处理的数据类型较多时，可选自定义的数据。②当对向量数据处理较多时，可选向量数据表示。③当逆波兰表达式处理较多时，可选堆栈数据表示。二、自定义数据表示自定义数据表示是为缩短高级语言和机器语言的语义差距引出来的。它又有标志符数据表示和数据描述符两类。1.标志符1）格式①类型标志②数据值类型标志数据值2）标志位位数选取①简单的用三位标志符区分8种（23）类型②根据需要选取更多位3）使用标志位的优缺点可简化指令系统与编译程序，便于不同数据类型的自动校验与转换。缺

3、点：一个标志位只能对一个数据进行描述，其描述效率不高。2.描述符①特征位：用来区分描述符还是非描述符。当为描述符时，才有后面的三个字段，如某机采用101表示描述符的特征位。②块长度：描述数据块的个数。③块首址：第一个数据单元的地址。④块属性：描述数据的特征。2）使用描述符的好处①描述相同类型的数据时，描述效率高；②利用块属性也有利于对信息的保护；③可当作直接寻址及间接寻址使用。直接寻址：根据描述符给出数据块的首址，直接寻址。存储器一次间接存储器两次间接：描述符给出的仍是数据描述符④可描述阵列数据：描述一个阵列可用一级、二级描述符描述。a00…a03A=┇a30…a3

4、3一级描述符（要求数据连续存放）分别利用两级描述符和三级描述符描述下列阵列数据。a00a01a02a03b00b01b02b03a10a11a12a13b10b11b12b13A=a20a21a22a23B=b20b21b22b23a30a31a32a33b30b31b32b331.解：1）两级描述符：或：2）三级描述符三、向量数据表示1.含义：有序排列的数据元素称为向量（向量数据）2.向量数据的三要素：1）基地址：存放第一个向量数据的地址；2）向量长度：向量数据个数；3）位移量：与基地址的距离。3.根据三要素可推出参数1）起始地址=基地址+位移量，实际参与本次操作的

5、第一个数据（元素）的地址；2）有效向量长度=向量长度-位移量，实际参与本次操作的向量数据个数。4.向量运算指令STAR—100机共有16个向量寄存器，每个寄存器用四位二进制数表示。1）格式：FGXAYBZC说明：F：主操作码字段，表示向量指令操作性质。G：辅操作码字段（根据结果，进行转移等）X：存放源向量A长度及基址的寄存器号。Y：存放源向量B长度及基址的寄存器号。A：源向量A位移量所在寄存器号。B：源向量B位移量所在寄存器号。Z：控制向量长度（在G有效时）。C：存放结果向量C长度及基地址的寄存器号。FGXAYBZC3）例子：完成以下向量运算。A，B向量分布如右图示。

6、c0=a3+b1c1=a4+b2┇c7=a10+b8设:编译程序测出8、9、10、11、12号寄存器空闲,并分别存放X、A、Y、B、C，画出各寄存器及指令的内容。FGXAYBZC解：①向量寄存器分配(无G)X=1000B111000H8#A=1001BY=1010BB=1011BC=1100B39#10#11#12#92000H183000H②向量指令格式填写FGXAYBZC向量加100010011010101111005.稀疏向量的压缩1）稀疏向量含义：具有多个0元素的向量。2）压缩办法：利用有序“位向量”来指明稀疏向量中各元素的状况及所在位置。①位向量的位数与向量

7、长度相等。②某元素为0时，对应位向量的位为0。某元素为非0时，对应位向量的位为1。如：稀疏向量a000a30a5a60有序位向量:占用5个单元节省3个单元1001011056-1127834a0=56a3=-112a5=78a6=34目的：*可节省存储空间；*实际长度减少可加快运算速度。压缩向量四、堆栈数据表示1.含义：凡是按先进后出方式工作的特殊（存储）区域称为堆栈。2.堆栈组成方式：1）寄存器堆栈，全由寄存器构成，速度快，扩充栈容成本高。2）寄存器与存贮器结合堆栈。①寄存器速度快作栈顶（需数个栈顶寄存器）。②存贮器价格低扩充栈容易。3.堆栈的生长