DJ3定點浮點指令格式

第二章計算機中的信息表示計算機存儲、處理、傳輸?shù)母鞣N信息在計算機內(nèi)部是怎樣表示的？本章的主要內(nèi)容:1信息類型主要包括以下三種:

數(shù)值型數(shù)據(jù)字符編碼

指令信息—幾種常用的進位制及其相互轉(zhuǎn)換—帶符號數(shù)的表示(原碼/反碼/補碼)—數(shù)的定點表示與浮點表示22.1定點數(shù)與浮點數(shù)的表示在計算機內(nèi)部,如何表示數(shù)據(jù)的小數(shù)點的位置。2.1.1定點數(shù)的表示小數(shù)點的位置固定的數(shù)稱為定點數(shù)。小數(shù)點位置的表示一般有以下三種約定方式:(1)無符號定點整數(shù)針對情況:不考慮數(shù)據(jù)的符號,且該數(shù)據(jù)為整數(shù),則小數(shù)點總在數(shù)據(jù)最低位之后。比如整數(shù):11000101小數(shù)點位置:11000101.小數(shù)點3無符號定點整數(shù)的表示范圍及精度(分辨率):將任意無符號定點整數(shù)表示為代碼序列:

Xn

Xn-1

Xn-2?????

X1

X0則有:可表示的最大值:2n+1

–1(即1111???11)n1個1可表示的最小非零數(shù):1(即0000???01)分辨率4(2)帶符號定點整數(shù)整數(shù):小數(shù)點在最低位之后有符號:最高位為符號位計算機中的符號數(shù)一般用補碼或原碼表示,對于帶符號定點整數(shù)序列:Xn

Xn-1

Xn-2?????

X1

X0(其中Xn

為符號位)則有:–(2n–1)～(2n

–1)原碼定點整數(shù)表示范圍:補碼定點整數(shù)表示范圍:–2n

～(2n

–1)原碼、補碼定點整數(shù)分辨率:15(3)帶符號定點小數(shù)X0X1X2?????Xn-2

Xn-1

XnX0其中是符號位,小數(shù)點在符號位之后。–(1

–2–n)

～

(1

–2–n)原碼定點小數(shù)表示范圍:補碼定點整數(shù)表示范圍:–1

～

(1

–2–n)分辨率:2–n帶符號定點小數(shù)的表示范圍和分辨率為:特別注意:定點數(shù)的小數(shù)點位置固定是一種人為的約定。在計算機內(nèi)部,并不需要設(shè)置專門的硬件來表示。小數(shù)點.62.1.2浮點數(shù)的表示浮點數(shù)的表示方法:S=

RJ

W階碼機器內(nèi)的格式:尾數(shù)階符數(shù)符R:階碼底數(shù),隱含約定。J:階碼,為定點整數(shù),用補碼或移碼表示。其位數(shù)決定數(shù)值范圍,階符表示數(shù)的大小。W:尾數(shù),為定點小數(shù),原碼或補碼表示。其位數(shù)決定數(shù)的精度;數(shù)符表示數(shù)的正負(fù)。Jf

J1

…

Jm

Sf

W1

…Wn7(1)浮點數(shù)的表示范圍及精度

表示范圍(絕對值最大負(fù)數(shù)和最大正數(shù))–

(2

)2m–1

(1–2–n)(2

)2m–1～(注:尾數(shù)是定點小數(shù))

精度(分辨率)所能表示的絕對值最小的數(shù)。

(2

)–2m(2

–1)可以看出,尾數(shù)是1/2,而不是2–n,這是因為一般都要將浮點數(shù)的尾數(shù)表示為規(guī)格化數(shù)。8(2)尾數(shù)規(guī)格化規(guī)格化尾數(shù)的含義是使尾數(shù)W滿足:特點:(尾數(shù)用補碼表示)W=0.1W2W3…

Wn

正數(shù):

負(fù)數(shù):尾數(shù)的最高位W1

=0,即W=1.0W2W3…

Wn但當(dāng)W=–1/2時例外。此時:1/2

≤

W<1(最高有效位絕對值為1)[W]補=1.1W2W3…

Wn

尾數(shù)的最高位W1

=1,

即規(guī)格化數(shù)使尾數(shù)的有效位數(shù)得以充分利用。9

規(guī)格化數(shù)的判斷:當(dāng)SAW1=1,為規(guī)格化數(shù),否則為非規(guī)格化數(shù)(W=–1/2時例外)。(3)移碼(增碼)表示為便于兩個數(shù)據(jù)大小的比較而采用的一種編碼方法。設(shè)定點整數(shù)X:XmXm1....X2X1X0則X移

=2m

X(2m>X≥–2m)因為X的最小值為–2m,則X移的最小值為0用移碼表后,X移成為一個正整數(shù)(相當(dāng)于將X沿坐標(biāo)軸平移了2m),從而使數(shù)據(jù)大小的比較更為直觀。因此階碼常用移碼表示。10直接與硬件關(guān)聯(lián)硬件層匯編指令系統(tǒng)上層軟件

CPU以及主機設(shè)計的依據(jù)之一了解處理器的重要信息之一2.2指令的表示這里所說的指令是指匯編指令匯編指令:11三種不同層次語言之間的關(guān)系高級語言匯編語言機器語言計算機硬件編譯程序編譯程序匯編程序122.2.1指令格式指令基本格式操作碼

地址碼D一個一個或幾個操作碼

操作數(shù)OP或者立即數(shù)或地址碼或寄存器131、指令字長包括操作碼、操作數(shù)在內(nèi)的整個長度。指令長度的影響:

①

指令長度與功能長度越長,表達的意義越多,功能越強;長度越短,則表達的意義越少,功能越弱;②指令長度與復(fù)雜性長度越長,表達的意義越多,硬件越復(fù)雜;長度越短,則表達的意義越少,硬件越簡單;14定長指令格式便于控制合理利用存儲空間變長指令格式從系統(tǒng)的角度:③

指令長度與速度從單條指令的角度:④定長與變長指令長度越長,讀出該指令所花的時間越長指令長度僅是影響速度的因素之一。系統(tǒng)速度與硬件復(fù)雜性、軟件的長度、編譯程序等若干因素有關(guān)。15(2)變長操作碼關(guān)鍵在設(shè)置擴展標(biāo)志。操作碼的位置、位數(shù)不固定,按需求變化(1)定長操作碼2、操作碼格式—便于操作碼譯碼,判明指令性質(zhì);—譯碼與取操作數(shù)并行所有指令操作碼的位置、位數(shù)固定相同(1)擴展操作碼定長操作碼一般用于指令字較長的指令若指令較短,利用某些指令地址位數(shù)較少,擴展操作碼16例.指令字長16位,可含有3、2、1個地址和0地址,每個地址占4位。

如果采用定長操作碼,為了能夠表示出3地址指令,則操作碼的長度只能有4位,最多可表示16條指令。但對2、1個地址和0地址指令,則有空閑位沒有得到利用。4位操作碼地址3地址2地址13地址指令4位操作碼地址2地址14位操作碼地址14位操作碼2地址指令1地址指令零地址指令17

如果采用變長操作碼,則可以利用2、1、0個地址指令所空出的位來擴展指令,從而表示出更多的指令。180000

XYZ

1110

XYZ............1111

0000

YZ

1111

1110

YZ............1111

11110000Z

11111111

1110Z............111111111111

0000111111111111

1111............三地址指令15條二地址指令15條一地址指令15條零地址指令16條11~87~43~015

~

12操作碼地址碼黃色：操作碼綠色：地址碼紅色：擴展碼19—擴展指令碼的識別過程:對字段(15~12)譯碼=1111no執(zhí)行指令yes=1111對字段(11

~8)譯碼no執(zhí)行指令3地址指令2地址指令yes對字段(7

~4)譯碼20對字段(7

~4)譯碼=1111no執(zhí)行指令1地址指令yes對字段(3

~0)譯碼并執(zhí)行相應(yīng)指令零地址指令21—擴展操作碼優(yōu)點上例中,共表示出61條指令,包含了3、2、1個地址或0址,每個地址占4位。

同樣需要有3、2、1個地址和0地址指令,如果采用定長操作碼,則只能表示出16條指令0000－1111

如果定長操作碼超出4位長度,則不能表示出全部4種不同地址的指令。合理利用存儲空間變長指令格式結(jié)論:22(3)操作碼采用方式碼編碼012

3

45

6

7

815基本操作進位移位回送判跳操作數(shù)指明何種運算例.某種計算機算邏指令操作碼分為幾部分,每部分表示一種操作。設(shè)置進位基值設(shè)置移位方式是否送回結(jié)果是否指令轉(zhuǎn)移23直接或間接給出(1)指令提供地址的方式1)顯地址方式:指令中明顯指明地址MOVAL,[BX]間接給出地址3、地址結(jié)構(gòu)指令中提供的地址碼存儲單元地址碼例:MOVAX,[1000H]直接給出地址寄存器編號地址結(jié)構(gòu)的主要內(nèi)容:指令給出地址的方式和指令中地址數(shù)量的設(shè)置242)

隱地址方式:地址隱含約定,不出現(xiàn)在指令中優(yōu)點:可減少指令中的地址數(shù),簡化地址結(jié)構(gòu)例1:指令i操作數(shù)隱含約定:指令i的操作數(shù)地址為Addre+1例2:PUSHAXPOPAXAX壓入堆棧指針?biāo)竼卧褩Ｖ羔標(biāo)竼卧獜棾龅紸XAddreAddre+125(2)地址數(shù)量指令中地址碼的長度與以下因素相關(guān):

地址碼的個數(shù)

操作碼所存取的存儲設(shè)備(如通用寄存器、主存儲器、堆棧等)

存儲器尋址空間的大小

存儲器編址方式以及尋址方式等地址數(shù)量對計算機的影響:26例:實現(xiàn)以下操作:(A1)+(A2)(Ai)指令A(yù)DD(A1),(A2),(Ai)若有三地址指令如果只有二地址指令,則:

指令A(yù)DD(A1),(A2);結(jié)果需隱含存入某RkMOVRk

,(Ai);data1data2...+A1A2Ai....存儲器—地址數(shù)量多的優(yōu)點:單條指令指明更多的地址,以簡化程序。再將Rk內(nèi)容存入Ai單元,即:27—地址數(shù)量選擇的條件:中高檔計算機,指令較長,可有較多地址數(shù)低端計算機,指令字較短,地址機構(gòu)應(yīng)簡化—地址數(shù)量少的優(yōu)點:

一般情況下,執(zhí)行時間短;

利于指令流水線結(jié)構(gòu)結(jié)論:地址數(shù)量多或少,各有優(yōu)缺點281)四地址結(jié)構(gòu)指令θ

A1A2A3A4源操作數(shù)地址結(jié)果地址下一條指令地址功能:(A1)

θ

(A2)格式:A3(A4)下條指令缺點:地址數(shù)量太多,要求較長的指令字長度單指令執(zhí)行時間長不便于根據(jù)操作結(jié)果實現(xiàn)程序轉(zhuǎn)移(基本不使用,僅有理論意義)292)三地址結(jié)構(gòu)指令θA1A2A3源操作數(shù)地址結(jié)果地址功能:若為轉(zhuǎn)移指令轉(zhuǎn)移時,用轉(zhuǎn)移地址修改PC內(nèi)容格式:(PC)+1PC(A1)θ

(A2)A3優(yōu)點:不破壞源操作數(shù)會破壞源操作數(shù)的情