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,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,主要知识点,:,.,计算机中数据信息表示的方法,.,计算机中指令信息的表示方法,第二章 计算机中的信息表示,重点：,.,数的补码表示，定点数、浮点数的表示,.,指令的格式、寻址方式,难点：,浮点数的表示、指令的寻址方式,1,2.1,数据型数据的表示方法,2,2.1.1,带符号数的表示,（,0,） 机器数与真值的概念,:,有符号的数在计算机中表示时,通常用“,0”,表示正数,“1”,表示负数,称为“符号数码化”,.,在机器中使用的连同数符一起数码化的数,称,机器数。,用正、负号加绝对值表示的数值，称,真值。,例如：设机器字长为,8,位，,数,X,1,的真值为,+1001110,，其对应的机器数就是,数,X,2,的真值为,-1001110,， 其对应的机器数就是,11001110,3,定点小数的原码定义为：,（,1,） 原码表示法,设某定点小数真值为,X,，,(,数值部分为,n,位）,其对应的原码序列（机器数）为,X,0,。,X,1,X,2,X,n,4,设某定点整数真值为,X,，,(,数值部分为,n,位）,其对应的原码序列（机器数）为,X,0,X,1,X,2,X,n,定点整数的原码定义为：,5,（,2,） 补码表示法,设某定点小数真值为,X,，,(,数值部分为,n,位）,其对应的补码序列（机器数）为,X,0,X,1,X,2,X,定点小数的补码定义为：,6,定点整数的补码定义为：,设某定点整数真值为,X,，,(,数值部分为,n,位）,其对应的补码序列（机器数）为,X,0,X,1,X,2,X,n,7,（,3,） 移码的表示,设某定点整数真值为,X,，,(,数值部分为,n,位）,X,移,= 2,n,+ X ( - 2,n,= X 2,n,）,移码的特点：,1,、正数的移码符号位为,1,，负数的符号位为,0,。,2,、同一个数，它的移码和补码表示时数值部分相同,符号，符号位相反。可表示为,X,移,= 2,n,+ X,补,原码的特点：,1,、原码对,0,的表示有,+0,、,-0,之分。,2,、原码的符号位,X,0,不能和数值部分一起参加运算。,补码的特点：,1,、补码对,0,的表示是唯一的。,2,、补码的符号位可以和数值部分一起参加运算。,3,、相同字长的机器数，补码比原码多表示一个数,（定点小数可以表示,1,，定点整数可以表示,-2,n,）,8,2.1.2,定点表示与浮点表示,1.,定点表示法,代码序列为,X,0,X,1,X,2,X,3 ,X,n,X,0,是符号位，,（,1,）定点小数的机器数格式为,X,0,X,1,X,2,。,X,n-1,X,n,约定小数点位置,X,0,X,1,X,2,。,X,n-1,X,n,（,2,）定点整数的机器数格式为,约定小数点位置,9,定点数的表示范围,：,（以定点整数为例）,（机器字长为,n+1,位，其中符号位,1,位，数值部分,n,位）,10,2.,浮点表示法,设浮点数的真值,N= R,E,M,（,E,：阶码，,M,：尾数）,（,1,） 浮点数的表示格式：,阶符 阶码值 数符 尾数值,E,f,E,1,E,2,E,m,M,f,M,1,M,2, ,M,f,（,2,）,浮点数的规格化,原码规格化形式：正数为：,0.1XX,X,负数为：,1.1XX,X,补码规格化形式：正数为：,0.1XX,X,负数为：,1.0XX,X,11,浮点数的典型值,编码,典型值,机器数形式,真值,补码,最小正数,最大正数,最大负数,最小负数,1000,0.1000000,0111,0.1111111,1000,1.0111111,0111,1.0000000,2,-8,2,-1,=,1/512,2,7,（,1-,2,-7,）,=127,-2,-8,（,2,-1,+,2,-7,）,=-1/512,-2,-7,1,=,-128,12,2.2,字符表示,2.2.1 ASCII,码,（略）,2.2.2,汉字编码简介,（略）,13,2.3,指令信息的表示,2.3.1,指令格式,指令的基本格式：,OP,：,Operation code , AD,：,Address,1,、指令字长：,（,1,）,定字长指令格式,，,如,NOVA,机，所有指令均,16,位字长,（,2,）,可变字长指令格式,，,通常以字节为单位，有一字节、二字节、三字节,长度的指令，如,8086,微处理机采用的是,1-6,字节的可变字长指令形式。,操作码,OP,地址码,AD,14,2,、操作码格式,（,1,）定长操作码,操作码的位数和位置是固定不变的，称,定长操作码,。,定长操作码常用于大、中型计算机中。,例,IBM-370,中型计算机、,VAX-11,超级小型计算机的所有指令操作码的长度均是,8,位（一个字节）。,（,2,）扩展操作码（可变长操作码）,不同的指令操作码的位数可以变化，称,可变长操作码,。,采用扩展操作码可以有效地压缩指令的平均长度，适用于小型、微型计算机。,使用频度高的指令，采用较短的操作码，使用频度低的指令，采用较长的操作码，使得指令系统的操作码平均长度得到压缩。,15,例：某指令系统的指令字长,16,位，有三种指令格式：三地址、二地址、一地址，每个地址码,4,位，采用扩展操作码表示的指令格式如下：,16,OP,A1,A2,A3,指令格式：,指令功能,： （,A1,）,OP,（,A2,）,A3,， （,PC,）,+ n PC,3,、地址结构,（,1,）三地址指令,OP,A1,A2,指令格式：,指令功能,： （,A1,）,OP,（,A2,）,A1 ,（,PC,）,+ n PC,（,2,）二地址指令,OP,A1,指令格式：,指令功能,：,1,）单操作数时：,OP,（,A1,）,A1,2,） 双操作数时： （,AC,）,OP,（,A1,）,AC,（,3,）一地址指令,注：,AC,为累加器，是隐含给出的,17,指令格式,程序,特点,一地址结构,ADD X,，,Y,，,Z,只需一条指令，但指令长度较长,二地址结构,MOV Z,，,Y,ADD Z,，,X,需两条指令，但指令长度变短,三地址结构,LOAD X,ADD Y,STORY Z,需三条指令，指令长度最短,例：,X,、,Y,、,Z,是存放三个操作数的存储单元地址。分别用三地址、二地址、一地址结构的指令实现 （,X,）,+,（,Y,）,Z,的程序段，并分析比较，,见下图：,18,OP,指令格式：,指令功能,：,1,）单操作数时：操作数隐含在累加器,AC,中,或,2,） 操作数隐含约定在堆栈的顶部。,（,4,）零地址指令,4,、 指令格式举例,（,1,）,IBM-370,的指令格式,IBM-370,是大型计算机，采用的是定长操作码，指令的高,8,位作为操作码。,根据操作数的不同来源，指令分为,5,类：,RR,型（寄存器,-,寄存器） 、,RX,型（寄存器,-,变址存储器），,RS,型（寄存器,-,存储器） 、,S I,型（存储器,-,立即数），,SS,型（存储器,-,存储器器）。 （见下图）,19,IBM-370,指令格式,20,（,2,）,PDP-11,的指令格式,PDP-11,是小型计算机，采用的是扩展操作码，指令操作码基本长度,4,位，扩展后，形成,7,位操作码、,10,位操作码、及,8,位操作码、,12,位操作码，共有,5,种类型，见下图。,21,2.3.2,寻址方式,1,、,基本概念,可以存放操作数的存储形式：,CPU,中的寄存器、主存储器、堆栈、外存储器。,什么叫“寻址方式”？,指令中如何提供操作数或操作数地址的方式称,“寻址方式”,。,“形式地址”,A,：指令中地址码字段给出的内容；,“有效地址”,E,：实际存放操作数的单元地址。,“ 寻址单位”：用一个有效地址访问存储器所取出的操作数的长度。,按寻址单位分： 字节寻址； 字寻址； 位寻址； 页寻址。,22,2,、常见寻址方式,（,1,）立即寻址,形式地址,A,就是操作数,Data,本身，称立即数。,(,寻址过程可表示为：,Data = A ),23,（,2,）直接寻址,形式地址,A,就是有效地址,E,。,寻址过程可表示为：,E = A,，,Data =,（,E,）,=,（,A,）,24,（存储器）直接寻址方式,25,（,3,）间接寻址,形式地址,A,是存放有效地址,E,的单元的地址。,寻址过程可表示为：,E =,（,A,），,Data =,（,E,）,=,（,A,）,26,（存储器）间接寻址,27,（,4,）变址寻址,设,R,x,为变址寄存器，形式地址为,A,。,变址寻址过程可表示为：,E =,（,R,x,）,+ A,，,Data =,（,E,）,=,（ （,R,x,）,+ A,）,28,变址寻址,29,（,6,）基址寻址,设,R,B,为变址寄存器，形式地址为,A,。,变址寻址过程可表示为：,E =,（,R,B,）,+ A,，,Data =,（,E,）,=,（ （,R,B,）,+ A,）,（,5,）相对寻址,设,PC,为程序计数器，形式地址为,A,。,相对寻址过程可表示为：,E =,（,PC,）,+ A,，,Data =,（,E,）,=,（ （,PC,）,+ A,）,30,（,7,）基址加变址寻址,E =,（,R,X,）,+,（,R,B,）,+ A,，,Data =,（,E,）,=,（ （,R,X,）,+,（,R,B,）,+ A,）,（,8,）页面寻址,E =,（,PC,）,H ,A,，,说明,:,现行指令地址的高位段 作为有效地址的高位段,形式地址作为有效地址的低位段,二者拼接形成有效地址,.,31,(9),堆栈寻址,a.,堆栈的存取规则,- LIFO,或,FILO,b.,堆栈的硬件设置,32,C,、堆栈的工作方式,（,a,）向上生成方式：,设,SP,是堆栈指针，,AC,是累加器,压栈操作：,（,SP,）,SP,(AC),(SP),出栈操作：,（,SP,）,AC,（,SP,）,+ 1,SP,（,b,） 向下生成方式：,33,8086 CPU,的堆栈操作举例,34,2.3.3,指令的功能与类型,1,、概述,(1) CISC,与,RISC,的概念,CISC,： 复杂指令系统计算机,RISC,： 简单指令系统计算机,(2),指令的分类方法,按指令的格式分类：,双操作数指令、单操作数指令,按操作数寻址方式分类,例如,IBM370,机将指令分为：,RR,型、,RX,型、,RS,型、,SI,型、,SS,型,按指令的功能分类,（适合用户使用的一种分类方法）,35,2,、传送类指令,（设置传送类指令时，通常应注意,3,个问题： ）,(1),规定传送范围：有以下,3,类, 寄存器寄存器, 寄存器存储器,/,存储器寄存器, 存储器 存储器,I/O,接口寄存器,CPU,寄存器,(2),指明传送单位,:,通常有以下几类,字节（,Byte,）、字（,Word),、长字（,Long Word),例：,VAX-11,计算机中： 指令,MOVB,；字节传送,指令,MOVW,；字传送,指令,MOVL,；长字传送,36,80386,计算机中：,MOV AL,，,BL,； 字节传送,MOV AX,，,BX,； 字传送,MOV EAX,，,EBX,； 长字传送,(3),设置寻址方式,3,、输入,/,输出指令（ 也称,I/O,指令）,(1),外围设备的编址方式：,1,）外围设备,单独编址法,又分两种： 编址到设备，即每一个设备一个地址（设备号）, 编址到寄存器级,2,）与主存,统一编址法，,编址到寄存器级,将外围设备接口中的有关寄存器作为一个主存单元，分配一个地址。,37,(2) I/O,指令设置方式,1,） 设置,专用的,I/O,指令,对于,单独编址法,，计算机的指令系统中必须设置专用的,I/O,指令。,例,8086,计算机中的,I/O,指令：,输入指令格式：,IN,寄存器号， 输入端口号,例：,IN AL,，,127 ; 127,是一个,8,位的输入端口号。,输出指令格式：,OUT,输出端口号，寄存器号,例：,OUT 80H,，,AL ; 80H,是一个,8,位的输出端口号。,2,）用访问主存的指令实现,I/O,操作,例,PDP-11,、,VAX-11,等计算机采用这种方式。,38,4,、算术逻辑运算类指令,(1),算术运算指令,主要有：,ADD,（加） 、,SUB,（减） 、,INC,（加,1,） 、,DEC,（减,1,） 、,NEG,（求补） 及,MUL,（乘）、,DIV,（除）,(,2),逻辑运算指令,主要有：,AND,（与） 、,OR,（或） 、,XOR,（异或）、,NOT,（非）等,(3),移位操作指令,算术左移：,SAL,（相当于乘以,2,）,算术右移：,SAR,（相当于除以,2,）,循环左移：,ROL,循环右移：,ROR,39,4,、程序控制类指令,(1),无条件转移指令,指令格式：,JMP n,；,n,是转移地址,(2),条件转移指令,例,8086,计算机中的条件转移指令主要有：,JZ,（为零转）、,JNZ,（不为零转）,JC,（有进位转）、,JNC,（没有进位转）,JS,（为负转）、,JNS,（不为负转）,JO,（有溢出转）、,JNO,（没有溢出转）,(3),子程序调用指令,指令格式：,CALL n,；,n,是子程序入口地址,(4),子程序返回指令,RET,40,RISC,技术,RISC,设计思想的特点：,1,、指令系统大多选取使用频度高的简单指令，大多指令单周期完成。,2,、 采用,LOAD/STORE,结构，只有取数,/,存数指令访问存储器。,3,、 采用固定的指令格式，较少的指令数和寻址方式。,4,、 采用硬布线控制逻辑，以硬布线控制为主，不用或少用微程序控制。,5,、采用面向寄存器的结构。,6,、采用多级指令流水线结构。,7,、特别注重采用编译优化技术，减少程序执行,时间。,41,
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