计算机组成原理：3-3 指令系统

1、请交作业二P47: 23(1), 24P48: 25, 26, 27P76: 4, 5, 14, 16, 17, 19作业讲评一P46: 5，9P47: 15, 18, 20(1), 21(1)P46:5，X=0.A1A2A3A4A5A6, X0，求A1A6满足的条件:n X1/2 X1/2=0.100000B X=0.1A2A3A4A5A6 A1(A2A3A4A5A6)=1n X 1/8 X 1/8=0.001000B X=0.A1A2A3A4A5A6 A1A2A3=1n 1/4X1/16 X=1/16= 0.0001xxB (A1A2A3)A4(A5A6)=1 X =1/8= 0.001x

2、xxB (A1A2)A3=1 X =1/4= 0.010000B A2(A1A3A4A5A6)=1P46:9 字长16位,数值表示范围n无符号整数：n用原码表示的定点小数：n用补码表示的定点小数：n用原码表示的定点整数：n用补码表示的定点整数：16整数部分的转换方法除基取余法例如：用基数除法将例如：用基数除法将(327)10转换成二进制数转换成二进制数2 327 余数2 163 1 2 81 1 2 40 1 2 20 0 2 10 0 2 5 0 2 2 1 2 1 0 2 0 1 (327)(327)10 10 =(=(101000111)101000111)2 2十进制转换到R进制的方法

3、高位高位低位低位例: 将(0.1)10 转换成二进制小数 整数部分整数部分 高位高位 0.1 2 = 0.2 00.2 2 = 0.4 00.4 2 = 0.8 00.8 2 = 1.6 10.6 2 = 1.2 10.2 2 = 0.4 00.4 2 = 0.8 00.8 2 = 1.6 10.6 2 = 1.2 1 低位低位 (0.1)10 10 = 0.0001100110011. 2 2 数制转换误差对编程的影响int i, j, k; for (k=0, i=0; i10000; i+) k+; coutk=kendl;for (k=0, j=0; j1000; j=j+0.1) k

4、+; coutk=kendl; 原因 (0.1)10 = 0.0001100110011. 2 阶码部分阶码部分E尾数部分尾数部分Mesms8 1 0 4 0P47.15 浮点数的表示范围n 6位阶码位阶码(2为底，移码为底，移码)、10位尾数位尾数(补码、规格化补码、规格化)X最大正数最大正数=(1-2-(10-1) 226-1-1X最小规格化正数最小规格化正数= 2-1 2-26-1X绝对值最大负数绝对值最大负数= -1 226-1-10,00 1.011X绝对值最小负数绝对值最小负数= -(2-1+2-(10-1) 2-26-10,00 0.1001,11 0.1111,11 1.000

5、P47:18,把浮点数8C5A3E00H转换成为十进制数 十六进制十六进制二进制形式，并分离出符号位、阶码和尾数。二进制形式，并分离出符号位、阶码和尾数。 8C5A3E00H= 10001100 010110100011111000000000 计算出阶码真值（移码偏置值）计算出阶码真值（移码偏置值） 10001100-10000000=1100 尾数的尾数的二进制数形式二进制数形式 +0. 10110100011111000000000 写成浮点数形式写成浮点数形式 +0. 1011010001111121100 转换成十进制数，并加上符号位。转换成十进制数，并加上符号位。 (+101101

6、000111.11)2=(+2887.75)10 所以，该浮点数所以，该浮点数 = +2887.75D阶阶码（移码）码（移码）符号位符号位尾数尾数(补码补码) E(移码移码) ms m (补补码码)31 24 23 22 0P47:20(1)将28.75D转换成IEEE短浮点数格式 十进制数十进制数二进制数二进制数 (28.75)10=(11100.11)2 非规格化数非规格化数规格化数规格化数 11100.11=1.11001124 计算移码表示的阶码（偏置值阶码真值）计算移码表示的阶码（偏置值阶码真值） 1111111+100=10000011 以短浮点数格式存储该数。以短浮点数格式存储该

7、数。 符号位符号位=0 阶码阶码=10000011 尾数尾数=11001100000000000000000 短浮点数代码为短浮点数代码为 0;100 0001 1;110 0110 0000 0000 0000 0000 表示为十六进制的代码：表示为十六进制的代码：41E60000H。X = (-1)s(1.M)2E-127e = E-127 S E M31 30 23 22 0P47:21(1),把IEEE浮点数C0E00000H转换成为十进制数 十六进制十六进制二进制形式，并分离出符号位、阶码和尾数。二进制形式，并分离出符号位、阶码和尾数。 C0E00000H= 11000000;1 1

8、1100000000000000000000 计算出阶码真值（移码偏置值）计算出阶码真值（移码偏置值） 10000001-01111111=10 尾数的尾数的二进制数形式二进制数形式 -0. 11100000000000000000000 写成浮点数形式写成浮点数形式 -01. 111210 转换成十进制数，并加上符号位。转换成十进制数，并加上符号位。 (-111.1)2=(-7.5)10 所以，该浮点数所以，该浮点数 = -7.5D阶阶码（移码）码（移码）符号位符号位尾数尾数(原码原码)X = (-1)s(1.M)2E-127e = E-127浮点数的比较float a=7.12345678

9、9;float b=7.123456785;cout? “not samen” : “samen”;float c=1.0/3.0;double d=1.0/3.0;coutc!=d ? “not samen” : “samen”;浮点数由于表示精度在不同浮点类型中的差异，所以会被误用。由于由于float的有效位数为的有效位数为7位，所以，位，所以，a,b因精度有因精度有限而不能分辨其差异限而不能分辨其差异。浮点数的比较double e=123456789.9*9;double f=1111111109.1;cout(e=f ? samen : not samen);cout(abs(e-f)

10、1e-05 ? samen : not samen);cout.precision(7);coutfixedeendlfendl;浮点数在计算机内实际上是一个近似表示，第3章 指令系统3.1 指令格式3.2 寻址技术3.3 堆栈与堆栈操作3.4 指令类型3.5 指令系统的发展3.4 指令的类型n数据传送类指令n一般传送，堆栈操作，数据交换指令一般传送，堆栈操作，数据交换指令n运算类指令n算术运算，逻辑运算，移位指令算术运算，逻辑运算，移位指令n程序控制类指令n转移，子程序调用，返回指令转移，子程序调用，返回指令nI/O类指令n其他指令指令系统举例PDP-11指令系统指令系统PDP-11是一个具

11、有是一个具有8个寄存器个寄存器(R0 R7)、16位字长的小型计位字长的小型计算机。其中，算机。其中，R0 R5为通用寄存器，为通用寄存器，R7是程序计数器是程序计数器PC，R6是栈指针是栈指针SP。指令系统举例8086/8088指令系统指令系统n Intel 8086指令系统共有117条基本指令，n 每条指令长度16B不等n 有6类指令 数据传送类指令数据传送类指令 算术运算类指令算术运算类指令 位操作类指令位操作类指令 串操作类指令串操作类指令 控制转移类指令控制转移类指令 处理机控制类指令处理机控制类指令n 有10种寻址方式 立即寻址立即寻址 直接寻址直接寻址 寄存器寻址寄存器寻址 寄存

12、器间接寻址寄存器间接寻址 变址寻址变址寻址 基址寻址基址寻址 相对变址寻址相对变址寻址 相对基址寻址相对基址寻址 基址变址寻址基址变址寻址 相对基址变址寻址相对基址变址寻址指令系统举例8086/8088指令系统指令系统OPOPMODOPDATA/DISP8OPMODOPDATA16 / DISP16OPMODOPMODOPMODOPMODOPOPMODDATA/DISP8DATA8DISP8DATA16 / DISP16DISP16DATA8DISP8DATA16DATA16SEG16DATA16DISP163.5 指令系统的发展n 不同类型的计算机有各具特色的指令系统，由于计算机的性能、机器

13、结构和使用环境不同，指令系统的差异也是很大的。nx86架构的扩展指令集n目前主流目前主流微机微机均均用用基于基于x86架构架构的指令系统的指令系统n为了为了提升处理器各方面的性能，提升处理器各方面的性能，Intel和和AMD公司又各自开发了一些新的扩展指令集公司又各自开发了一些新的扩展指令集。MMXSSE3DNow SSE2 SSEn n扩展扩展指令集中包含了处理器对指令集中包含了处理器对多媒体、多媒体、3D处处理理等方面的支持，能够提高处理器对这些方等方面的支持，能够提高处理器对这些方面处理的能力面处理的能力。3.5.2从复杂指令系统到精简指令系统nCISCComplex Instructi

14、on Set Computern复杂指令集计算机复杂指令集计算机n传统计算机的设计思想n随着系列机的问世，指令系统的条数越来越多随着系列机的问世，指令系统的条数越来越多n体现了体现了计算机性能越高，其指令系统越复杂的计算机性能越高，其指令系统越复杂的传统设计思想。传统设计思想。n这类计算机称为这类计算机称为“复杂指令集计算机复杂指令集计算机”CISCn使指令系统越来越复杂的出发点n给高级语言提供更好的支持给高级语言提供更好的支持n使目标程序得到优化使目标程序得到优化n提供对操作系统的支持提供对操作系统的支持CISC的问题nCISC引起的问题引起的问题n庞大的指令集庞大的指令集n纷繁复杂的寻址模

15、式纷繁复杂的寻址模式n硬件实现复杂（硬件实现复杂（硬件资源的利用率低硬件资源的利用率低）n CISC造成的后果造成的后果n机器开发成本高机器开发成本高n结构复杂结构复杂n速度慢速度慢RISC的提出n 1975年年HP公司对公司对IBM370计算机的高级语言所作计算机的高级语言所作的运行统计，分析表明的运行统计，分析表明“20-80定律定律” 能否用 20% 的简单指令组合不常用的80% 的指令功能？n 1975年提出“精简指令集计算机”，简称RISC（Reduced Instruction Set Computer）。）。 占指令占指令系统系统在程序中出现在程序中出现的频率的频率备注备注 常用

16、常用 指令指令20%80%传送、转移、测试、传送、转移、测试、比较，比较，1指令等指令等不常用不常用指令指令80%20%其他其他RISC的特点nRISC计算机的特点n减小代码空间减小代码空间n但不是简单地简化指令系统，而是通过简化指令但不是简单地简化指令系统，而是通过简化指令使计使计算机的结构更加简单合理，算机的结构更加简单合理，从而提高机器的性能。从而提高机器的性能。nRISC的主要特征n选取使用频率最高的一些简单指令，指令条数少；选取使用频率最高的一些简单指令，指令条数少；n每周期执行一条指令每周期执行一条指令n只有只有取数存数指令取数存数指令访问存储器，其余指令的操作为访问存储器，其余指

17、令的操作为寄存器寄存器寄存器寄存器操作操作n简单的寻址方式简单的寻址方式n简单的指令格式：简单的指令格式：长度固定，格式种类少长度固定，格式种类少RISC指令系统举例SPARC32nSPARC32为SUN公司生产的32位RISC处理器n共共89条指令，分为条指令，分为6大类大类n算逻运算、取数算逻运算、取数/存数、控制转移、存数、控制转移、R/W专用寄存器、专用寄存器、浮点运算、协处理器指令。浮点运算、协处理器指令。n共有共有4种寻址方式种寻址方式n立即寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址、自相对立即寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址、自相对寻址。寻址。n共有三种指令格式共有三种指令格式n调用子程序指令，转移类指令和其他指令调用子程序指令，转移类指令和其他指令RISC指令系统举例SPARCOPDISP 2 30OP1ROP2Imm 2 5 3 22OP1aCondOP2DISP 2 1 4 3 22 OP1ROP3Rs1iAs1 As2 2 5 6 5 1 8 5OP1ROP3Rs1iSmm 2 5 6 5 1 13OP1ROP3Rs1 OPfAs2 2 5 6 5 8 5 子程序调用指令子程序调用指令转移类指令转移类指令其他指令其他指令RISC指令系统举例SPARC32精简后，部分原指令的替代实现指令指令功能功能替代指令替代指令实现