【正文】 三章 存儲(chǔ)系統(tǒng) 第四章 輸入輸出系統(tǒng) 第五章 標(biāo)量處理機(jī) 第六章 向量處理機(jī) 第七章 互連網(wǎng)絡(luò) 第八章 并行處理機(jī)和 多處理機(jī) 第二章 指令系統(tǒng) 指令系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的主要組成部分 指令系統(tǒng)是軟件與硬件分界面的一個(gè)主要標(biāo)志 指令系統(tǒng)是軟件與硬件之間互相溝通的橋梁 指令系統(tǒng)與軟件之間的語(yǔ)義差距越來(lái)越大 第二章 指令系統(tǒng) 數(shù)據(jù)表示 尋址技術(shù) 指令格式的優(yōu)化設(shè)計(jì) 指令系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì) RISC指令系統(tǒng) 數(shù)據(jù)表示 新的研究成果，如浮點(diǎn)數(shù)基值的選擇方法 新的數(shù)據(jù)表示方法，如自定義數(shù)據(jù)表示 數(shù)據(jù)表示與數(shù)據(jù)類(lèi)型 浮點(diǎn)數(shù)的設(shè)計(jì)方法 自定義數(shù)據(jù)表示 數(shù)據(jù)表示與數(shù)據(jù)類(lèi)型 數(shù)據(jù)表示的定義： 數(shù)據(jù)表示是指計(jì)算機(jī)硬件能夠直接識(shí)別，可以被指令系統(tǒng)直接調(diào)用的那些數(shù)據(jù)類(lèi)型。 定點(diǎn)、邏輯、浮點(diǎn)、十進(jìn)制、字符、字符串、堆棧和向量 數(shù)據(jù)類(lèi)型： 文件、圖、表、樹(shù)、陣列、隊(duì)列、鏈表、棧、向量、串、實(shí)數(shù)、整數(shù)、布爾數(shù)、字符等。 確定數(shù)據(jù)表示的原則： CPU與主存儲(chǔ)器之間的通信量 數(shù)據(jù)表示在不斷發(fā)展 如：矩陣、樹(shù)、圖、表及自定義數(shù)據(jù)表示等 浮點(diǎn)數(shù)的設(shè)計(jì)方法 浮點(diǎn)數(shù)的表示方式 一個(gè)浮點(diǎn)數(shù) N可以用如下方式表示： 需要有 6個(gè)參數(shù) 來(lái)定義。 結(jié)論 2: 對(duì)于負(fù)數(shù)來(lái)說(shuō)， [x]原 =1+x的真值 [x]反 =1+ x的真值的每一位求反 [x]補(bǔ) =1+ x的真值的每一位求反，最后一位加 1 2. 移碼 十進(jìn)制值 補(bǔ)碼 移碼 十進(jìn)制值 補(bǔ)碼 移碼 +7 0111 1111 1 1111 0111 +6 0110 1110 2 1110 0110 +5 0101 1101 3 1101 0101 +4 0100 1100 4 1100 0100 +3 0011 1011 5 1011 0011 +2 0010 1010 6 1010 0010 +1 0001 1001 7 1001 0001 0 0000 1000 8 1000 0000 由 [x]補(bǔ) 得到 [x]移 的方法是變 [x]補(bǔ) 的符號(hào)位為其反碼。 3．浮點(diǎn)數(shù)的規(guī)格化 同一個(gè)浮點(diǎn)數(shù)的表示不是唯一的。 尾數(shù)用補(bǔ)碼表示，最高位與符號(hào)位不等，稱(chēng)之為規(guī)格化數(shù)。 階碼的符號(hào)位表示把尾數(shù)擴(kuò)大 (縮小 )N倍。 兩個(gè)數(shù)值： m： 尾數(shù)的值，包括尾數(shù)的碼制 (原碼或補(bǔ)碼 )和數(shù)制 (小數(shù)或整數(shù)） e： 階碼的值，移碼 (偏碼、增碼、譯碼、余碼等 )或補(bǔ)碼，整數(shù) rr qeem emN ??? 　其中兩個(gè)基值： rm： 尾數(shù)的基值， 2進(jìn)制、 4進(jìn)制、 8進(jìn)制、16進(jìn)制和 10進(jìn)制等 re： 階碼的基值，通常為 2 兩個(gè)字長(zhǎng)： p： 尾數(shù)長(zhǎng)度，當(dāng) rm＝ 16時(shí)，每 4個(gè)二進(jìn)制位表示一位尾數(shù) q： 階碼長(zhǎng)度，階碼部分的二進(jìn)制位數(shù) p和 q均不包括符號(hào)位 浮點(diǎn)數(shù)的存儲(chǔ)式 注： mf為尾數(shù)的符號(hào)位， ef為階碼的符號(hào)位，e為階碼的值， m為尾數(shù)的值。 qeqer rr r r rm m pm mN? ? ?? ? ? ? ? ? ?1 1( )上溢 上溢 下溢（浮點(diǎn)零） － Nmin Nmax Nmax Nmin 0 負(fù)數(shù)區(qū) 正數(shù)區(qū) 解： 規(guī)格化浮點(diǎn)數(shù) N的表數(shù)范圍是： 例 ： 尾數(shù)用補(bǔ)碼、小數(shù)表示，階碼用移碼、整數(shù)表示， p＝ 6， q＝ 6， rm＝ 16， re＝ 2，求規(guī)格化浮點(diǎn)數(shù) N表數(shù)范圍 解： 規(guī)格化浮點(diǎn)數(shù) N在正數(shù)區(qū)間的表數(shù)范圍是： 12 27 72 23 2 11 2 2－ ? ? ? ? ??N ( )－即： 129 23 1272 1 22? ? ? ??N ( )16)161(16 63665 ???? ?N－在負(fù)數(shù)區(qū)間的表數(shù)范圍是： 63 6 6416 16116 16? ? ? ? ? ?? ?N ( )浮點(diǎn)數(shù)格式的設(shè)計(jì) 定義浮點(diǎn)數(shù)表示方式的 6個(gè)參數(shù)的確定原則： 尾數(shù)： 多數(shù)機(jī)器采用原碼、小數(shù)表示。采用小數(shù)表示能簡(jiǎn)化運(yùn)算，特別是乘除法運(yùn)算。采用移碼表示的主要原因是：浮點(diǎn) 0與機(jī)器0一致。 解： 根據(jù)表數(shù)范圍的要求： 解這個(gè)不等式： 102 3712 ??q o g )12l o g/10l o g ( l og37???q 取階碼字長(zhǎng) q＝ 7 根據(jù)表數(shù)精度的要求，得到： 解這個(gè)不等式： 由于浮點(diǎn)數(shù)的字長(zhǎng)通常為 8的倍數(shù)，因此，取尾數(shù)字長(zhǎng) p＝ 55， 總的字長(zhǎng)為 1+1+7+55 = 64，浮點(diǎn)數(shù)格式如下： 10221 16)1 ??? ?? P（ og 10l og16????p1位 1位 7位 55位 mf ef e m 所設(shè)計(jì)浮點(diǎn)數(shù)格式的主要性能如下： 最大尾數(shù)值： 絕對(duì)值最小的尾數(shù)值： 最大階碼： 最小階碼： 最大正數(shù)： 最小正數(shù)： )21()1( 55?? ??? pmr211 ?mr1 2 7121 7 ????qer1282 7 ????? qer381275512551 )21(2)21()1 7 ?????????? ????? qermpm rr（391292 211 7 ???? ?????? qermmrr 最大負(fù)數(shù)： 最小負(fù)數(shù)： 表數(shù)精度： 浮點(diǎn)零：浮點(diǎn)零與機(jī)器零相同， 64位全為 0 表數(shù)效率：采用隱藏位，表數(shù)效率 ? = 100% 3912 92 211 7 ???? ?????????? qermmrr381275512551 )21(2)21()1 7 ????????????? ????? qermpm rr（1755)155()1( 211 ?????? ??????? pmmrr? 練習(xí)題： 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) （第 6講） 第二章 指令系統(tǒng) 數(shù)據(jù)表示 尋址技術(shù) 指令格式的優(yōu)化設(shè)計(jì) 指令系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì) RISC指令系統(tǒng) 尋址技術(shù) 尋找操作數(shù)及其他信息的地址的技術(shù)稱(chēng)為尋址技術(shù) 內(nèi)容： 編址方式、尋址方式和定位方式 對(duì)象： 寄存器、主存儲(chǔ)器、堆棧 和輸入輸出設(shè)備 方法： 分析各種尋址技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)， 如何選擇和確定尋址技術(shù) 編址方式 尋址方式 定位方式 重點(diǎn)是尋址方式的選擇方法 編址方式 編址方式 是指對(duì)各種存儲(chǔ)設(shè)備進(jìn)行編碼的方法。“下跟法”隱含編址方式，必須按順序讀寫(xiě)寄存器。對(duì)編程增加困難 并行存儲(chǔ)器的編址技術(shù) 高位交叉編址 主要目的是用來(lái)擴(kuò)大存儲(chǔ)器容量。 尋址方式 尋址方式： 尋找操作數(shù)及數(shù)據(jù)存放單元的方法。不必考慮可能出現(xiàn)的存儲(chǔ)單元的重疊問(wèn)題。 解： 用間接尋址方式編寫(xiě)程序如下： start: move asr, asi 。保存目標(biāo)數(shù)組起始地址 move num, t 。用間址尋址方式傳送數(shù)據(jù) inc asi 。目標(biāo)數(shù)組的地址增量 dec t 。測(cè)試 n個(gè)數(shù)據(jù)是否傳送完 halt 。源數(shù)組的起始地址 adr: ad 。需要傳送的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù) asi: 0 。不必考慮可能出現(xiàn)的存儲(chǔ)單元的重疊問(wèn)題。 解： 用間接尋址方式編寫(xiě)程序如下： start: move asr, asi 。保存目標(biāo)數(shù)組起始地址 move num, t 。用間址尋址方式傳送數(shù)據(jù) inc asi 。目標(biāo)數(shù)組的地址增量 dec t 。測(cè)試 n個(gè)數(shù)據(jù)是否傳送完 halt 。源數(shù)組的起始地址 adr: ad 。需要傳送的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù) asi: 0 。當(dāng)前正在傳送的源數(shù)組地址 t: 0 。源數(shù)組起址送變址寄存器 move num, t 。adas位地址偏移量， 。增量變址寄存器 dec t 。測(cè)試 n個(gè)數(shù)據(jù)是否傳送完成 halt 。需要傳送的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù) t: 0 。 對(duì)于程序員，兩種尋址方式的 主要差別 是： 間址尋址方式 ：間接地址在主存儲(chǔ)器中， 沒(méi)有偏移量 變