计算机系统结构 (第5讲)ppt课件.ppt

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1、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2.5RISC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

2、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

3、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12.移码

4、十进制值补码移码十进制值补码移码+701111111-111110111+601101110-211100110+501011101-311010101+401001100-411000100+300111011-510110011+200101010-610100010+100011001-710010001000001000-810000000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

5、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

6、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：1位1位q位p位mfefem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。上溢上溢下溢（浮点零）－NminNmax-NmaxNmin0负数区正数区解：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

7、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：在负数区间的表数范围是：6、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