计算机组成原理复习

1、1.1 计算机系统简介计算机系统简介1.4 本书结构本书结构1.3 计算机硬件的主要技术指标计算机硬件的主要技术指标1.2 计算机的基本组成计算机的基本组成由具有各类特殊功能由具有各类特殊功能的信息（程序）组成的信息（程序）组成1. 计算机系统计算机系统计算机系统计算机系统计算机的实体，计算机的实体，如主机、外设等如主机、外设等一、一、 计算机的软硬件概念计算机的软硬件概念硬件硬件软件软件1. 计算机由五大部件组成计算机由五大部件组成3. 指令和数据用二进制表示指令和数据用二进制表示4. 指令由操作码和地址码组成指令由操作码和地址码组成6. 以运算器为中心以运算器为中心2. 指令和数据以同等地

2、位存于存储器，指令和数据以同等地位存于存储器， 可按地址寻访可按地址寻访5. 存储程序存储程序一、冯冯诺依曼计算机的特点诺依曼计算机的特点5. 存储程序存储程序存储体存储体大楼大楼存储单元存储单元 存放一串二进制代码存放一串二进制代码存储字存储字 存储单元中二进制代码的组合存储单元中二进制代码的组合存储字长存储字长 存储单元中二进制代码的位数存储单元中二进制代码的位数每个存储单元赋予一个地址号每个存储单元赋予一个地址号按地址寻访按地址寻访 存储单元存储单元 存储元件存储元件（0/1） 房间房间 床位床位（无人（无人/ / 有人）有人）( (1) )存储器的基本组成存储器的基本组成MDR主存储器

3、主存储器存储体存储体MAR2. .计算机的解题过程计算机的解题过程MARMDR存储器地址寄存器存储器地址寄存器, ,反映存储单元的个数反映存储单元的个数存储器数据寄存器存储器数据寄存器, ,反映存储字长反映存储字长( (1) )存储器的基本组成存储器的基本组成( (2) )控制器的基本组成控制器的基本组成取指令取指令分析指令分析指令执行指令执行指令PCIRCU取指取指执行执行PC 存放当前欲执行指令的地址，存放当前欲执行指令的地址， IR 存放当前欲执行的指令存放当前欲执行的指令访存访存访存访存完成完成一条一条指令指令CU 控制单元控制单元1. .机器字长机器字长2. .运算速度运算速度CPU

4、 一次能处理数据的位数一次能处理数据的位数与与 CPU 中的中的 寄存器位数寄存器位数 有关有关= =ni = =1fi tiTM吉普森法吉普森法主频主频每秒执行百万条指令每秒执行百万条指令MIPS执行一条指令所需时钟周期数执行一条指令所需时钟周期数CPI每秒浮点运算次数每秒浮点运算次数FLOPS221 = = 256 KB213 = = 1 KB如如3. .存储容量存储容量主存容量主存容量辅存容量辅存容量存储单元个数存储单元个数 存储字长存储字长字节数字节数字节数字节数 80 GB如如 MAR MDR 容量容量 10 8 16 32存放二进制信息的总位数存放二进制信息的总位数1K = 210

5、 1B = 23b1GB = 230b1 K 8位位64 K 32位位3.1 总线的基本概念总线的基本概念3.2 总线的分类总线的分类3.3 总线特性及性能指标总线特性及性能指标3.4 总线结构总线结构3.5 总线控制总线控制一、什么是总线一、什么是总线 总线是连接各个部件的信息传输线，是总线是连接各个部件的信息传输线，是 各个部件共各个部件共享的传输介质。享的传输介质。二、总线的特点二、总线的特点 在任何时刻，只允许有一个部件向总线发送信息，在任何时刻，只允许有一个部件向总线发送信息，而多个部件可以同时从总线上接收相同的信息。而多个部件可以同时从总线上接收相同的信息。1. .片内总线片内总线

6、2. .系统总线系统总线芯片内部芯片内部 的总线的总线数据总线数据总线地址总线地址总线控制总线控制总线双向双向 与机器字长、存储字长有关与机器字长、存储字长有关单向单向 与存储地址、与存储地址、 I/O地址有关地址有关有出有出 有入有入计算机各部件之间计算机各部件之间 的信息传输线的信息传输线存储器读、存储器写存储器读、存储器写总线允许、中断确认总线允许、中断确认中断请求、总线请求中断请求、总线请求3. .通信总线通信总线串行通信总线串行通信总线并行通信总线并行通信总线传输方式传输方式 用于用于 计算机系统之间计算机系统之间 或或 计算机系统计算机系统与其他系统与其他系统（如控制仪表、移动通信

7、等）（如控制仪表、移动通信等）之间的通信之间的通信1. 机械特性机械特性2. 电气特性电气特性3. 功能特性功能特性4. 时间特性时间特性二、总线特性二、总线特性尺寸尺寸、形状、形状、管脚数管脚数及及排列顺序排列顺序传输方向传输方向 和有效的和有效的 电平电平 范围范围每根传输线的每根传输线的 功能功能信号的信号的 时序时序 关系关系地址地址数据数据控制控制三、总线的性能指标三、总线的性能指标1. 总线宽度总线宽度2. 总线带宽总线带宽3. 时钟同步时钟同步/异步异步4. 总线复用总线复用5. 信号线数信号线数6. 总线控制方式总线控制方式7. 其他指标其他指标数据线数据线 的根数的根数每秒传

8、输的最大字节数（每秒传输的最大字节数（MBps）同步同步、不同步不同步地址线地址线 与与 数据线数据线 复用复用地址线、数据线和控制线的地址线、数据线和控制线的 总和总和负载能力负载能力并发、自动、仲裁、逻辑、计数并发、自动、仲裁、逻辑、计数一、总线判优控制一、总线判优控制 总线判优控制总线判优控制分布式分布式集中式集中式 主设备主设备(模块模块)对总线有对总线有 控制权控制权 从设备从设备(模块模块)响应响应 从主设备发来的总线命令从主设备发来的总线命令1. 基本概念基本概念链式查询链式查询计数器定时查询计数器定时查询独立请求方式独立请求方式1. 链式查询方式链式查询方式特点：容易扩充，对电

9、路故障敏感特点：容易扩充，对电路故障敏感2. 计数器定时查询方式计数器定时查询方式特点：优先级可以改变，使用总线机会均特点：优先级可以改变，使用总线机会均等等3. 独立请求方式独立请求方式特点：响应速度快，优先次序控制灵活特点：响应速度快，优先次序控制灵活二、总线通信控制二、总线通信控制1. 目的目的2. 总线传输周期总线传输周期主模块申请主模块申请，总线仲裁决定，总线仲裁决定主模块向从模块主模块向从模块 给出地址给出地址 和和 命令命令主模块和从模块主模块和从模块 交换数据交换数据主模块主模块 撤消有关信息撤消有关信息 申请分配阶段申请分配阶段寻址阶段寻址阶段传数阶段传数阶段结束阶段结束阶段

10、解决通信双方解决通信双方 协调配合协调配合 问题问题由由 统一时标统一时标 控制数据传送控制数据传送充分充分 挖掘挖掘 系统系统 总线每个瞬间总线每个瞬间 的的 潜力潜力同步通信同步通信 异步通信异步通信 半同步通信半同步通信 分离式通信分离式通信 3. 总线通信的四种方式总线通信的四种方式采用采用 应答方式应答方式 ，没有公共时钟标准，没有公共时钟标准同步同步、异步结合异步结合4.1 概述概述4.2 主存储器主存储器4.3 高速缓冲存储器高速缓冲存储器4.4 辅助存储器辅助存储器一、存储器分类一、存储器分类1. 按存储介质分类按存储介质分类(1) 半导体存储器半导体存储器(2) 磁表面存储器

11、磁表面存储器(3) 磁芯存储器磁芯存储器(4) 光盘存储器光盘存储器易失易失TTL 、MOS磁头、载磁体磁头、载磁体硬磁材料、环状元件硬磁材料、环状元件激光、磁光材料激光、磁光材料非非易易失失(1) 存取时间与物理地址无关（随机访问）存取时间与物理地址无关（随机访问） 顺序存取存储器顺序存取存储器 磁带磁带2. 按存取方式分类按存取方式分类(2) 存取时间与物理地址有关（串行访问）存取时间与物理地址有关（串行访问） 随机存储器随机存储器 只读存储器只读存储器 直接存取存储器直接存取存储器 磁盘磁盘在程序的执行过程中在程序的执行过程中 可可 读读 可可 写写在程序的执行过程中在程序的执行过程中

12、只只 读读磁盘、磁带、光盘磁盘、磁带、光盘 高速缓冲存储器（高速缓冲存储器（Cache）Flash Memory存存储储器器主存储器主存储器辅助存储器辅助存储器MROMPROMEPROMEEPROMRAMROM静态静态 RAM动态动态 RAM3. 按在计算机中的作用分类按在计算机中的作用分类高高低低小小大大快快慢慢辅存辅存寄存器寄存器缓存缓存主存主存磁盘磁盘光盘光盘磁带磁带光盘光盘磁带磁带速度速度容量容量 价格价格 位位1. 存储器三个主要特性的关系存储器三个主要特性的关系 二、存储器的层次结构二、存储器的层次结构CPUCPU主机主机缓存缓存CPU主存主存辅存辅存2. 缓存缓存 主存层次和主存

13、主存层次和主存 辅存层次辅存层次缓存缓存主存主存辅存辅存主存主存虚拟存储器虚拟存储器10 ns20 ns200 nsms虚地址虚地址逻辑地址逻辑地址实地址实地址物理地址物理地址主存储器主存储器（速度）（速度）（容量）（容量）一、概述一、概述1. 主存的基本组成主存的基本组成存储体存储体驱动器驱动器译码器译码器MAR控制电路控制电路读读写写电电路路MDR地址总线地址总线数据总线数据总线读读写写2. 主存和主存和 CPU 的联系的联系MDRMARCPU主主 存存读读数据总线数据总线地址总线地址总线写写设地址线设地址线 24 根根按按 字节字节 寻址寻址按按 字字 寻址寻址若字长为若字长为 16 位

14、位按按 字字 寻址寻址若字长为若字长为 32 位位3. 主存中存储单元地址的分配主存中存储单元地址的分配224 = 16 M8 M4 M寻址范围：寻址范围：(2) 存储速度存储速度4. 主存的技术指标主存的技术指标(1) 存储容量存储容量(3) 存储器的带宽存储器的带宽主存主存 存放二进制代码的总位数存放二进制代码的总位数 读出时间读出时间 写入时间写入时间 存储器的存储器的 访问时间访问时间 存取时间存取时间 存取周期存取周期 读周期读周期 写周期写周期 连续两次独立的存储器操作连续两次独立的存储器操作（读或写）所需的（读或写）所需的 最小间隔时间最小间隔时间 位位/秒秒芯片容量芯片容量二、

15、半导体存储芯片简介二、半导体存储芯片简介1. 半导体存储芯片的基本结构半导体存储芯片的基本结构译译码码驱驱动动存存储储矩矩阵阵读读写写电电路路1K4位位16K1位位8K8位位片选线片选线读读/写控制线写控制线地地址址线线数数据据线线地址线地址线（单向）（单向）数据线数据线（双向）（双向）104141138二、半导体存储芯片简介二、半导体存储芯片简介1. 半导体存储芯片的基本结构半导体存储芯片的基本结构译译码码驱驱动动存存储储矩矩阵阵读读写写电电路路片选线片选线读读/写控制线写控制线地地址址线线数数据据线线片选线片选线读读/写控制线写控制线（低电平写（低电平写 高电平读）高电平读）（允许读）（允

16、许读）CSCEWE（允许写）（允许写）WEOE存储芯片构成存储器存储芯片构成存储器用用 16K 1位位 的存储芯片组成的存储芯片组成 64K 8位位 的存储器的存储器 32片片（6464K K 8 8 ）（ 16K 16K 1 1）=32=32片片 (1) 动态动态 RAM 2. 动态动态 RAM ( DRAM ) 采用电容存储电荷来表示信息，所以必须采用电容存储电荷来表示信息，所以必须刷新才能保持信息。刷新才能保持信息。 刷新的周期为刷新的周期为2ms (4) 动态动态 RAM 刷新刷新 集中刷新集中刷新（ 存在存在“死区死区” ） 分散刷新分散刷新（无无 “死区死区” ） 分散刷新与集中刷

17、新相结合（异步刷新）分散刷新与集中刷新相结合（异步刷新）（ “死区死区”很短很短 ） 3. 动态动态 RAM 和静态和静态 RAM 的比较的比较DRAMSRAM存储原理存储原理集成度集成度芯片引脚芯片引脚功耗功耗价格价格速度速度刷新刷新电容电容触发器触发器高高低低少少多多小小大大低低高高慢慢快快有有无无主存主存缓存缓存 四、只读存储器（四、只读存储器（ROM） 1. 掩模掩模 ROM ( MROM ) 2. PROM (一次性编程一次性编程) 3. EPROM (多次性编程多次性编程 ) 4. EEPROM (多次性编程多次性编程 ) 用用 1K 4位位 存储芯片组成存储芯片组成 1K 8位位

18、 的存储器的存储器？片？片 五、存储器与五、存储器与 CPU 的连接的连接 1. 存储器容量的扩展存储器容量的扩展 (1) 位扩展位扩展（增加存储字长）（增加存储字长）10根地址线根地址线8根数据线根数据线DDD0479AA021142114CSWE2片片 (2) 字扩展（增加存储字的数量）字扩展（增加存储字的数量） 用用 1K 8位位 存储芯片组成存储芯片组成 2K 8位位 的存储器的存储器11根地址线根地址线8根数据线根数据线？片？片2片片1K 8 8位位1K 8 8位位D7D0WEA1A0A9CS0A10 1CS1 (3) 字、位扩展字、位扩展用用 1K 4位位 存储芯片组成存储芯片组成

19、 4K 8位位 的存储器的存储器8根数据线根数据线12根地址线根地址线WEA8A9A0.D7D0A11A10CS0CS1CS2CS3片选片选译码译码1K41K41K41K41K41K41K41K4？片？片8片片 2. 存储器与存储器与 CPU 的连接的连接 (1) 地址线的连接地址线的连接(2) 数据线的连接数据线的连接(3) 读读/写命令线的连接写命令线的连接(4) 片选线的连接片选线的连接(5) 合理选择存储芯片合理选择存储芯片(6) 其他其他 时序、负载时序、负载l地址线的连接：地址线的连接：CPU的地址线数一般比的地址线数一般比存储芯片的地址线数要多，通常将存储芯片的地址线数要多，通常

20、将CPU地址线的低位与存储芯片的地址线相连，地址线的低位与存储芯片的地址线相连，而高位可作存储芯片扩充用或者其他如而高位可作存储芯片扩充用或者其他如片选信号等。片选信号等。l数据线的连接：数据线的连接：CPU的数据线数与存储的数据线数与存储芯片的数据线数不一定相等，必须对存芯片的数据线数不一定相等，必须对存储芯片进行位扩展。保证其数据位数与储芯片进行位扩展。保证其数据位数与CPU的数据线数相等的数据线数相等l读写控制线的连接：读写控制线的连接：CPUCPU读写控制线与存读写控制线与存储芯片读写控制线可以直接相连，高电储芯片读写控制线可以直接相连，高电平为读平为读, ,低电平为低电平为“写写”。

21、l片选线的连接：一般与片选线的连接：一般与CPUCPU访存控制和访存控制和CPUCPU地址线有关，用地址线有关，用CPUCPU的高地址和访存的高地址和访存控制信号共同产生存储器的片选信号。控制信号共同产生存储器的片选信号。这是由译码器来完成。这是由译码器来完成。l合理选择存储芯片：通常选用合理选择存储芯片：通常选用ROMROM存放系存放系统程序和常量等，统程序和常量等，RAMRAM存放用户程序。存放用户程序。 六、存储器的校验六、存储器的校验1.汉明码汉明码是具有一位纠错能力的编码是具有一位纠错能力的编码2 . 汉明码的组成汉明码的组成3. 汉明码的纠错过程汉明码的纠错过程七、提高访存速度的措

22、施七、提高访存速度的措施 采用高速器件采用高速器件 调整主存结构调整主存结构 采用层次结构采用层次结构 Cache 主存主存 一、概述一、概述1. 问题的提出问题的提出解决解决CPU 和主存（和主存（DRAM）的速度差异的速度差异理论基础：程序访问的局部性原理理论基础：程序访问的局部性原理2. Cache 的工作原理的工作原理主存和缓存的存储块的大小相同主存和缓存的存储块的大小相同(3) Cache 的命中率的命中率CPU 欲访问的信息在欲访问的信息在 Cache 中的中的 比率比率命中率命中率 与与 Cache 的的 容量容量 与与 块长块长 有关有关 (4) Cache 主存系统的效率主存

23、系统的效率效率效率 e 与与 命中率命中率 有关有关 设设 Cache 命中率命中率 为为 h，访问访问 Cache 的时间为的时间为 tc ， 访问访问 主存主存 的时间为的时间为 tm 则则 e = 100% tc h tc+ (1h) tm 访问访问 Cache 的时间的时间 平均访问时间平均访问时间 e = 100%二、二、Cache 主存的地址映射主存的地址映射1. 直接映射直接映射每个缓存块每个缓存块 i 可以和可以和 若干若干 个个 主存块主存块 对应对应每个主存块每个主存块 j 只能和只能和 一一 个个 缓存块缓存块 对应对应2. 全相联映射全相联映射主存主存 中的中的 任一块

24、任一块 可以映射到可以映射到 缓存缓存 中的中的 任一块任一块主存字块标记主存字块标记 字块内地址字块内地址主存地址主存地址m = t + c 位位b位位组组Cache 字块内地址字块内地址组地址组地址主存字块标记主存字块标记s = t + r 位位q = cr 位位b 位位主存地址主存地址m 位位共共 Q 组组，每组内两块（，每组内两块（r = 1)某一主存块某一主存块 j 按模按模 Q 映射到映射到 缓存缓存 的第的第 i 组组中的中的 任一块任一块i = j mod Q3. 组相联映射组相联映射一、概述一、概述1. 特点特点不直接与不直接与 CPU 交换信息交换信息2. 磁表面存储器的技

25、术指标磁表面存储器的技术指标道密度道密度 Dt位密度位密度 DbC = n k s寻道时间寻道时间 + 等待时间等待时间(1) 记录密度记录密度(2) 存储容量存储容量(3) 平均寻址时间平均寻址时间(4) 数据传输率数据传输率(5) 误码率误码率辅存的速度辅存的速度寻址时间寻址时间磁头读写时间磁头读写时间Dr = Db V出错信息位数与读出信息的总位数之比出错信息位数与读出信息的总位数之比5.6 DMA方式方式5.5 程序中断方式程序中断方式5.4 程序查询方式程序查询方式5.3 I/O接口接口5.2 外部设备外部设备5.1 概述概述二、输入输出系统的组成二、输入输出系统的组成1. I/O

26、软件软件(1) I/O 指令指令(2) 通道指令通道指令CPU 指令的一部分指令的一部分通道自身的指令通道自身的指令指出数组的首地址、传送字数、操作命令指出数组的首地址、传送字数、操作命令如如 IBM/370 通道指令为通道指令为 64 位位2. I/O 硬件硬件设备设备I/O 接口接口设备设备设备控制器设备控制器通道通道操作码操作码命令码命令码设备码设备码四、四、I/O设备与主机信息传送的控制方式设备与主机信息传送的控制方式1. 程序查询方式程序查询方式CPU 和和 I/O 串行工作串行工作2. 程序中断方式程序中断方式CPU 和和 I/O 并行工作并行工作3. DMA 方式方式CPU 和和

27、 I/O 并行工作并行工作I/O 中断处理过程中断处理过程1. CPU 响应中断的条件和时间响应中断的条件和时间(1) 条件条件(2) 时间时间允许中断触发器允许中断触发器 EINT = 1用用 开中断开中断 指令将指令将 EINT 置置 “1”在每条指令执行阶段的结束前在每条指令执行阶段的结束前中断向量地址中断向量地址得到中断服务程序的得到中断服务程序的入口地址入口地址程序中断方式程序中断方式五、中断服务程序流程五、中断服务程序流程1. 中断服务程序的流程中断服务程序的流程(1) 保护现场保护现场(2) 中断服务中断服务(3) 恢复现场恢复现场(4) 中断返回中断返回2. 单重中断和多重中断

28、单重中断和多重中断不允许中断不允许中断 现行的现行的 中断服务程序中断服务程序单重单重 中断中断多重多重 中断中断允许级别更高允许级别更高 的中断源的中断源中断中断 现行的现行的 中断服务程序中断服务程序区别：开中断的位置区别：开中断的位置2. DMA 与主存交换数据的三种方式与主存交换数据的三种方式(1) 停止停止 CPU 访问主存访问主存(2) 周期挪用（或周期窃取）周期挪用（或周期窃取）(3) DMA 与与 CPU 交替访问交替访问6.1 无符号数和有符号数无符号数和有符号数6.3 定点运算定点运算6.2 数的定点表示和浮点表示数的定点表示和浮点表示6.4 浮点四则运算浮点四则运算6.5

29、 算术逻辑单元算术逻辑单元一、无符号数一、无符号数寄存器的位数寄存器的位数 反映无符号数的表示范围反映无符号数的表示范围带符号的数带符号的数 符号数字化的数符号数字化的数真值真值 机器数机器数1. 机器数与真值机器数与真值二、有符号数二、有符号数+ 0.10110 1011小数点的位置小数点的位置2. 原码原码(1) 定义定义 + 0原原 - 0原原 (2) 0的表示的表示(4) 求补码的快捷方式求补码的快捷方式当真值为当真值为 负负 时，时，补码补码 可用可用 原码除符号位外原码除符号位外每位取反，末位加每位取反，末位加 1 求得求得当真值为当真值为 负负 时，时，原码原码 可用可用 补码除

30、符号位外补码除符号位外每位取反，末位加每位取反，末位加 1 求得求得 1补补 = 2 + x = 10.0000 1.0000 = 1.0000+ 0补补 = 0补补(2) 0的表示的表示4. 反码反码(1) 定义定义 + 0反反 0反反 (2) 0的表示的表示三种机器数的小结三种机器数的小结 对于对于正数正数，原码原码 = 补码补码 = 反码反码 对于对于负数负数 ，符号位为符号位为 1，其其 数值部分数值部分原码除符号位外每位取反末位加原码除符号位外每位取反末位加 1 补码补码原码除符号位外每位取反原码除符号位外每位取反 反码反码 最高位最高位为为符号位符号位，书写上用，书写上用“,”（整

31、数）（整数）或或“.”（小数）将数值部分和符号位隔开（小数）将数值部分和符号位隔开例例6.11 000000000000000100000010011111111000000010000001111111011111111011111111128129-0-1-128-127-127-126二进制代码二进制代码 无符号数无符号数对应的真值对应的真值原码对应原码对应 的真值的真值补码对应补码对应 的真值的真值反码对应反码对应 的真值的真值012127253254255-125-126-127-3-2-1-2-1-0+0+1+2+127+0+1+2+127+0+1+2+127+0 设机器数字长为设

32、机器数字长为 8 位（其中位为符号位）位（其中位为符号位）对于整数，当其分别代表无符号数、原码、补码和对于整数，当其分别代表无符号数、原码、补码和反码时，对应的真值范围各为多少？反码时，对应的真值范围各为多少？解：解：已知已知 y补补 求求 y补补即得即得 y补补y补补连同符号位在内，连同符号位在内，每位取每位取反，末位加反，末位加 1 15. 移码表示法移码表示法补码与移码只差一个符号位补码与移码只差一个符号位 +0移移 = 0移移最小真值的移码为全最小真值的移码为全 0用移码表示浮点数的阶码用移码表示浮点数的阶码- 1 0 0 0 0 0- 1 1 1 1 1- 1 1 1 1 0- 0

33、0 0 0 1 0 0 0 0 0+ 0 0 0 0 1+ 0 0 0 1 0+ 1 1 1 1 0+ 1 1 1 1 1真值真值 x ( n = 5 )x补补x移移x 移移对应的对应的十进制整数十进制整数(3) 真值、补码和移码的对照表真值、补码和移码的对照表0123132333462630 0 0 0 0 00 0 0 0 1 00 0 0 0 0 10 1 1 1 1 11 0 0 0 0 01 0 0 0 0 11 0 0 0 1 01 1 1 1 1 01 1 1 1 1 10 1 1 1 1 10 1 1 1 1 00 0 0 0 1 00 0 0 0 0 10 0 0 0 0 0

34、1 1 1 1 1 11 0 0 0 1 01 0 0 0 0 11 0 0 0 0 0- 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0+ 1 1 1 1 10 0 0 0 0 01 1 1 1 1 10 0 0 0 0 01 0 0 0 0 0小数点按约定方式标出小数点按约定方式标出一、定点表示一、定点表示Sf S1S2 Sn数符数符数值部分数值部分小数点位置小数点位置Sf S1S2 Sn数符数符数值部分数值部分小数点位置小数点位置或或定点机定点机小数定点机小数定点机整数定点机整数定点机原码原码补码补码反码反码(1 2-n) +(1 2-n)(2n 1) +( 2n 1) 1 +(1 2-n)

35、 2n +( 2n 1)(1 2-n) +(1 2-n)(2n 1) +( 2n 1)1. 浮点数的表示形式浮点数的表示形式Sf 代表浮点数的符号代表浮点数的符号n 其位数反映浮点数的精度其位数反映浮点数的精度m 其位数反映浮点数的表示范围其位数反映浮点数的表示范围jf 和和 m 共同表示小数点的实际位置共同表示小数点的实际位置jf j1 j2 jm Sf S1 S2 Sn j 阶码阶码S 尾数尾数阶符阶符数符数符阶码的阶码的数值部分数值部分尾数的数值部分尾数的数值部分小数点位置小数点位置2. 浮点数的表示范围浮点数的表示范围2( 2m1)( 1 2n)2( 2m1)2n2( 2m1)( 1

36、2n)2( 2m1)2n最小负数最小负数最大负数最大负数最大正数最大正数最小正数最小正数负数区负数区正数区正数区下溢下溢0上溢上溢上溢上溢215 ( 1 2-10) 2-15 2-10 215 ( 1 2-10) 设设 m = 4 n =10上溢上溢 阶码阶码 最大阶码最大阶码下溢下溢 阶码阶码 1）时，需时，需 右规右规尾数右移一位尾数右移一位，阶码加阶码加 14. 舍入舍入在在 对阶对阶 和和 右规右规 过程中，可能出现过程中，可能出现 尾数末位丢失尾数末位丢失引起误差，需考虑舍入引起误差，需考虑舍入(1) 0 舍舍 1 入法入法 (2) 恒置恒置 “1” 法法5. 溢出判断溢出判断7.1

37、 机器指令机器指令 7.2 操作数类型和操作类型操作数类型和操作类型 7.3 寻址方式寻址方式 7.4 指令格式举例指令格式举例 7.5 RISC 技术技术 一、指令的一般格式一、指令的一般格式 操作码字段操作码字段 地址码字段地址码字段1. 操作码操作码反映机器做什么操作反映机器做什么操作2. 地址码地址码反映机器操作的对象反映机器操作的对象二、指令字长二、指令字长指令字长决定于指令字长决定于操作码的长度操作码的长度指令字长指令字长 = 存储字长存储字长操作数地址的长度操作数地址的长度操作数地址的个数操作数地址的个数指令字长指令字长 固定固定寻址方式寻址方式 确定确定 本条指令本条指令 的的 操作数地址操作数地址下一条下一条 欲执行欲执行 指令指令 的的 指令地址指令地址指令寻址指令寻址数据寻址数据寻址寻址方式寻址方式二、二、RISC 的主要特征的主要特征 选用使用频度较高的一些选用使用频度较高的一些 简单指令简单指令， 复杂指令的功能由简单指令来组合复杂指令的功能由简单指令来组合 指令指令