数据表示寻址方式和指令系统

1、第二章 数据表示、寻址方式与指令系统目录n数据表示 n寻址方式 n指令系统的设计和优化n指令系统的发展和改进1 数据表示n数据表示与数据结构 n高级数据表示 n自定义数据表示（Self_defining）n带标识符的数据表示 n数据描述符 n向量数组数据表示 n堆栈数据表示 n引入数据表示的原则 n浮点数尾数基值大小和下溢处理方法的选择（选讲）数据表示n定义：机器硬件能直接识别和引用的数据类型。n条件：相应的运算指令和运算硬件(处理部件)。n分类：基本数据表示、高级数据表示、自定义数据表示。n目标：n缩小高级语言和机器语言间的语义差别n提高性能/价格n节省处理时间和存储空间n实现：最小的存储空

2、间、最简单的存取算法。数据表示与数据结构n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n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。n目标：最大限度满足应用要求、最简化的方法实现。n实现：通过数据表示和软件映象相结合方法实现。n数据表示是数据类型的子集。n数据表示的确定实质上是软、硬件的取舍问题n数据结构和数据表示是软、硬件的界面 数据类型n定义：具有一组值的集合，且定义了作用于该集合的操作集。n目的：防止不同类型数据间的误操作。n分类：基本类型、结构类型。n基本数据类型n内容：二进制位、二进制位串、整数、十进制数、浮点数、

3、字符、布尔数等。n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。n分类：系统数据类型、用户自定义数据类型n内容：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 n数值的表达n进位制数、负数、小数点的方式 n字符和符号的表达 ASCII码 n数据单位的表达 n字：逻辑单位，一条指令处理的数据单位。n字节、半字、字、双字 n数据的属性n类型、存放的位置、对数据的约束 Pentium数据类型数据类型数据类型说明说明常规字节、字（16位）、双字和四字可位于任意存储位置上整数字节、字或双字中的有符号二进制值，使用2的补码表示序数字节、字或双字中的无符号整数未压缩的二进制编码

4、的十进制数（BCD）范围09的BCD数字表示，每字节一个数字压缩BCD每字节表示两个BCD数字，值是099近指针表示段内偏移的32位有效地址。位串一个连续的位序列，每个位都是单独的字符串一个连续的字节、字或双字的序列浮点数单精度、双精度、扩展双精度浮点数数据表示的发展n定点数据表示n用定点数表示浮点数n不方便而低效 n50年代提出变址操作，为向量、阵列提供方便。n用循环遍历向量和阵列n可变长字符串数据表示 n支持串数据结构的实现n用于输入、输出、事务处理和编译高级数据表示n自定义数据表示（Self_defining）n带标识符的数据表示 n数据描述符 n向量数组数据表示 n堆栈数据表示带标识符

5、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。 对高级程序员透明。 类型标志数据值带标识符的数据表示的优缺点优点:n简化指令系统和程序设计n简化编译程序n便于一致性校验n能由硬件自动完成数据类型的变换n支持数据库系统的实现与数据类型无关的要求n为软件调试和应用软件开发提供支持； 缺点：n使程序所占用的主存空间增加（如下图）n降低指令的执行速度；n必须用专门的指令完成标识符的初始化 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数据描述符 101各种标识符长度

6、地址000数据描述符 数据目的：描述复杂和多维的结构类型。数据描述符n实现阵列数据的索引比变址方法实现的好，而且能检查程序设计中阵列越界错误。 n为向量、数组数据结构的实现提供一定的支持，有利于简化编译中的代码生成。n工作过程：如下图描述符的工作过程101000000101101101XY操作码指令描述符描述符地址生成逻辑（数据）（数据）数据块数据块主存储器1013101410141014000a11000a12000a13000a14000a21000a22000a23000a24000a31000a32000a33000a343433323124232221141312114*3aaaaa

7、aaaaaaaA二维阵列数据描述符与带标识符的区别 n标识符是和每一个数据相连的，合存在一个存储单元中，描述单个数据的类型特征。 n描述符是和数据分开存放的，专门用来描述所要访问的数据是整块数据还是单块数据，访问该数据块或数据元素需要的地址以及其他特征信息等。 向量数组数据表示 举例：计算 i=10、11.1000C语言：for (i=10; i20044Ra取A,Ra(A)-Ra存Ra,B(Ra)-B取A+1,Rb(A+1)-Rb取A+1,Ra(A+1)-Ra存Ra,B(Ra)-B存Ra,B+1(Ra)-B+1存Rb,B+1(Rb)-B+1优化编译技术指令流调整RISC技术的发展 n采用RI

8、SC后的好处n简化指令系统设计n提高机器的执行速度和效率n降低设计成本，提高系统可靠性n提供直接支持高级语言的能力，简化编译程序的设计 nRISC的不足 n指令少，加重汇编程序员的负担 n浮点运算和虚拟存储器支持不足 n编译程序难写 练习题某处理机的9条指令的使用频度分别为：ADD: 0.43，SUB: 0.13，JMP: 0.07，JOM: 0.06，STO: 0.05，SHR: 0.01，CIL: 0.02，CLA: 0.22，STP: 0.01；分别设计这9条指令操作码的Huffman编码、3/3/3扩展编码和2/7扩展编码，并计算这3种编码的平均码长。 （2.42，2.52，2.70）练习题用一台40MHz的处理机执行标准测试程序，它含的混合指令数和相应所需的时钟周期数如下：求有效CPI、MIPS和