第四部分数据表示和指令系统教学课件.pptVIP

第四章 数据表示和指令系统 数据类型和表示 指令系统设计原理和优化 RISC计算机 本章要点 浮点数据表示IEEE标准及应用 自定义数据表示定义、分类及优点 哈夫曼概念及在计算机中应用，操作码编码法 指令系统编码方法，指令系统设计原则 两种指令系统风格，特点（RISC、CISC） 简述RISC的主要技术 4.1 引言 （1）考虑计算机面向的应用领域，程序设计语言，编译程序，操作系统直到硬件构成等诸多因素。 （2）如何继承软件资产，保证软件向后兼容和向上兼容也是要加以考虑的现实问题。 4.1.2 指令系统发展的两种途径CISC,RISC (一)复杂指令集计算机（CISC） 4.2 数据类型和数据表示 4.2.1 数据类型 计算机中常用数据有三类： 4.2.2 基本数据表示 数据表示：指在计算机中能由硬件直接辩认,指令系统可以直接调用的数据类型。 4.2.4 二进制定点，浮点， 数据表示 IEEE754 浮点数据表示标准： 4.2.5 自定义数据表示 为了缩短机器语言同高级语言对数据属性的说明之间的语义差距。 缺点： ①每个字都增加了标志位，使字长增长。 但另一方面：缩短了目的程序长度。 操作码总数减少导致操 作码位数减少。 ②降低指令的执行速度。 但：编制时间、调试时间减少，编制时间+调试时间+执行时间减少。 ?与其他计算机的兼容性差，硬件复杂。 4.2.6 向量数据表示 4.3 指令系统设计原理 指令系统中指令编码方法： 1. 正交法 指令中的每个分段（包括操作码、操作数地址等） 相互独立，操作数地址的编码同操作码无关，反之亦然 。 优点：对流水机特别适用，微程序控制数量减少。 （二）指令系统及结构的分类 指令系统也可以按下面几个准则分类： 1. 每条指令中显式指明的操作数个数 2. CPU中存放操作数部件的类型 3. 数据类型和数据表示 4. ALU指令的操作数个数和位置 堆栈机 主要操作：是压入和弹出，主要是以后进先出的方式。 优点：面向堆栈，指令短，表达式求值简单；可以有较高的 编码密度。 缺点：不能随机访问和编译技术不匹配，很难高速执行：这 类机器的例子Burroughs 5500，HP3000。 累加器为基础的指令系统 累加器型机器是有一个隐含操作数的机器，指令能够直接装卸或存储的累加器中。操作时取一个操作数，另一个操作数取自累加器，结果放回到累加器 累加器类的基本优缺点与堆栈机相同。这类机器的例子是PDP-8。 4.3.2 寻址技术 一.访问方式 按地址访问: 串行顺序访问，按指定 地址读取代码（地址可是通用寄存器，专用寄存器，内存） 地址概念：逻辑地址，物理地址 地址编址方式采用三种：统一编址，局部编址，隐含编址 具体可按面向对象和寻址方式来区分 按内容访问： 给出欲访问单元内容，其主要特点是以并行方式查找所需信息内容。（联想存储器） 二 程序定位方式 直接定位方式 直接使用实际贮存物理地址来编写或编译程序，目前大多不用这种方式。 静态定位方式 专门用装入程序来完成，一旦装入主存就不能再变动了，这种方式实现简单，但不够灵活，主存利用率不高，多个用户不能共享主存。 动态定位方式 利用类似变址寻址方法，有硬件支持完成。只把主存的起始地址装入该程序对应的基址寄存器中，指令的地址不需全部修改。 优点：主存利用率高，多个用户可以共享同一个程序段，支持虚拟存储器实现。 缺点：需要硬件支持，实现的算法比较复杂。 4.3.3 指令系统功能设计 设计指令时，要考虑三个因素：速度，价格，灵活性 通用计算机指令分为五类： 数据传送