DJ3+定点_浮点_指令格式.ppt

1、第二章 计算机中的信息表示,计算机存储、处理、传输的各种信息在计算机内部是怎样表示的？,本章的主要内容:,信息类型主要包括以下三种:, 数值型数据, 字符编码, 指令信息, 几种常用的进位制及其相互转换, 带符号数的表示(原码/反码/补码), 数的定点表示与浮点表示,2.1 定点数与浮点数的表示,在计算机内部, 如何表示数据的小数点的位置。,2.1.1 定点数的表示,小数点的位置固定的数称为定点数。,小数点位置的表示一般有以下三种约定方式:,(1) 无符号定点整数,针对情况: 不考虑数据的符号, 且该数据为整数, 则小数点总在数据最低位之后。,比如整数: 11000101,小数点位置: 110

2、00101.,小数点,无符号定点整数的表示范围及精度(分辨率):,将任意无符号定点整数表示为代码序列: Xn Xn-1 Xn-2 X1 X0,则有:,可表示的最大值: 2n+1 1,(即1111 11),n1个1,可表示的最小非零数: 1,(即0000 01),分辨率,(2) 带符号定点整数,整 数:,小数点在最低位之后,有符号:,最高位为符号位,计算机中的符号数一般用补码或原码表示, 对于带符号定点整数序列:,Xn Xn-1 Xn-2 X1 X0,(其中Xn 为符号位),则有:, (2n 1) (2n 1), 原码定点整数表示范围:, 补码定点整数表示范围:, 2n (2n 1), 原码、补

3、码定点整数分辨率: 1,(3) 带符号定点小数,X0 X1 X2 Xn-2 Xn-1 Xn,X0其中是符号位, 小数点在符号位之后。, (1 2n) (1 2n), 原码定点小数表示范围:, 补码定点整数表示范围:,1 (1 2n), 分辨率: 2n,带符号定点小数的表示范围和分辨率为:,特别注意:,定点数的小数点位置固定是一种人为的约定。在计算机内部, 并不需要设置专门的硬件来表示。,小数点,.,2.1.2 浮点数的表示,浮点数的表示方法: S = RJ W,阶码,机器内的格式:,尾数,阶符,数符,R: 阶码底数, 隐含约定。,J: 阶码, 为定点整数, 用补码或移码表示。 其位数决定数值范

4、围, 阶符表示数的大小。,W: 尾数, 为定点小数, 原码或补码表示。 其位数决定数的精度; 数符表示数的正负。,(1) 浮点数的表示范围及精度, 表示范围,(绝对值最大负数和最大正数),(注:尾数是定点小数), 精度(分辨率),所能表示的绝对值最小的数。,可以看出, 尾数是1/2, 而不是2n, 这是因为一般都要将浮点数的尾数表示为规格化数。,(2) 尾数规格化,规格化尾数的含义是使尾数W满足:,特点: (尾数用补码表示),W = 0.1W2W3 Wn, 正数:, 负数: 尾数的最高位W1 =0, 即,W = 1.0W2W3 Wn,但当W= 1/2时例外。此时:,W补=1.1W2W3 Wn,

5、尾数的最高位W1 =1,即,规格化数使尾数的有效位数得以充分利用。, 规格化数的判断: 当SAW1=1, 为规格化数, 否则为非规格化数(W= 1/2时例外)。,(3) 移码(增码)表示,为便于两个数据大小的比较而采用的一种编码方法。,设定点整数X:,XmXm1 . X2X1X0,则 X移 = 2m X,(2m X 2m ),因为X的最小值为2m , 则X移的最小值为0,用移码表后, X移成为一个正整数(相当于将X沿坐标轴平移了2m), 从而使数据大小的比较更为直观。因此阶码常用移码表示。, 直接与硬件关联,硬件层,汇编指令系统,上层软件, CPU以及主机设计的依据之一, 了解处理器的重要信息

6、之一,2.2 指令的表示,这里所说的指令是指汇编指令,汇编指令:, 三种不同层次语言之间的关系,高级语言,汇编语言,机器语言,计算机硬件,汇编程序,2.2.1 指令格式,指令基本格式,一个,一个或几个,或者,立即数 或 地址码 或 寄存器,1、指令字长,包括操作码、操作数在内的整个长度。,指令长度的影响:, 指令长度与功能,长度越长, 表达的意义越多, 功能越强; 长度越短, 则表达的意义越少, 功能越弱;, 指令长度与复杂性,长度越长, 表达的意义越多, 硬件越复杂; 长度越短, 则表达的意义越少, 硬件越简单;,定长指令格式,便于控制,合理利用存储空间,变长指令格式,从系统的角度:, 指令

7、长度与速度,从单条指令的角度:, 定长与变长指令,长度越长, 读出该指令所花的时间越长,指令长度仅是影响速度的因素之一。,系统速度与硬件复杂性、软件的长度、编译程序等若干因素有关。,(2) 变长操作码,关键在设置扩展标志。,操作码的位置、位数不固定, 按需求变化,(1) 定长操作码,2、操作码格式, 便于操作码译码, 判明指令性质; 译码与取操作数并行,所有指令操作码的位置、位数固定相同,(1) 扩展操作码,定长操作码一般用于指令字较长的指令,若指令较短, 利用某些指令地址位数较少, 扩展操作码,例. 指令字长16位, 可含有3、2、1个地址和0地址, 每个地址占4位。, 如果采用定长操作码,

8、 为了能够表示出3地址指令, 则操作码的长度只能有4位, 最多可表示16条指令。但对2、1个地址和0地址指令, 则有空闲位没有得到利用。,3地址指令,2地址指令,1地址指令,零地址指令, 如果采用变长操作码, 则可以利用2、1、0个地址指令所空出的位来扩展指令, 从而表示出更多的指令。,三地址指令 15条,二地址指令 15条,一地址指令 15条,零地址指令 16条,黄色：操作码,绿色：地址码,红色：扩展码, 扩展指令码的识别过程:,对字段(15 12)译码,no,执行指令,yes,对字段(11 8)译码,no,执行指令,3地址指令,2地址指令,yes,对字段(7 4)译码,对字段(7 4)译码

9、,no,执行指令,1地址指令,yes,对字段(3 0)译码并执行相应指令,零地址指令, 扩展操作码优点,上例中, 共表示出61条指令, 包含了3、2、1个地址或0址, 每个地址占4位。, 同样需要有3、2、1个地址和0地址指令,如果采用定长操作码, 则只能表示出16条指令00001111, 如果定长操作码超出4位长度, 则不能表示出全部4种不同地址的指令。,合理利用存储空间,变长指令格式,结论:,(3) 操作码采用方式码编码,例. 某种计算机算逻指令,操作码分为几部分, 每部分表示一种操作。,设置进位基值,设置移位方式,是否送回结果,是否指令转移,直接或间接给出,(1) 指令提供地址的方式,1

10、) 显地址方式:,指令中明显指明地址,MOV AL, BX 间接给出地址,3、地址结构,指令中提供的地址码,存储单元地址码,例: MOV AX, 1000H 直接给出地址,寄存器编号,地址结构的主要内容:,指令给出地址的方式和指令中地址数量的设置,2) 隐地址方式:,地址隐含约定, 不出现在指令中,优点: 可减少指令中的地址数, 简化地址结构,例1:,隐含约定: 指令i 的操作数地址为Addre+1,例2:,PUSH AX POP AX,AX压入堆栈指针所指单元,堆栈指针所指单元弹出到AX,Addre,Addre+1,(2) 地址数量,指令中地址码的长度与以下因素相关:, 地址码的个数, 操作

11、码所存取的存储设备(如通用寄存器、主存储器、堆栈等), 存储器寻址空间的大小, 存储器编址方式以及寻址方式等,地址数量对计算机的影响:,例: 实现以下操作:,(A1)+(A2),(Ai),指令 ADD (A1), (A2), (Ai),若有三地址指令,如果只有二地址指令, 则:,指令 ADD (A1), (A2); 结果需隐含存入某Rk,MOV Rk , (Ai);, 地址数量多的优点:,单条指令指明更多的地址, 以简化程序。,再将Rk内容存入Ai单元, 即:, 地址数量选择的条件:,中高档计算机, 指令较长, 可有较多地址数,低端计算机, 指令字较短, 地址机构应简化, 地址数量少的优点:, 一般情况下, 执行时间短; 利于指令流水线结构,结论:,地址数量多或少, 各有优缺点,1) 四地址结构指令,源操作数地址,结果地址,下一条 指令地址,功能:,(A1) (A2),格式:,A3,(A4) 下条指令,缺点:,地址数量太多, 要求较长的指令字长度,单指令执行时间长,不便于根据操作结果实现程序转移,(基本不使用, 仅有理论意义),2)三地址结构指令,功能:,格式:,优点:,不破坏源操作数,会破坏源操作数的情况:,如8086指令:,ADD DataBX, AL,3) 二地址结构指令,功能:,源/目的,目