计算机系统结构第二章new解析

本章的难点是：浮点数尾数基值的选择；操作码和指令字格
式的优化设计。
一、浮点数据表示
一、浮点数据表示
1 定点数计算机的缺点
例如：太阳的重量约为：0.2*1034克；
一个电子的重量约为：0.9*10-27克； 二者相差：1061; 若用定点数表示：2x>1061 x>203位； 无符号长整型：0~4294967295
计算机系统结构
第二章 数据表示与指令系统
基本要求
1. 领会数据表示与数据结构的关系，自定义数据表示中标志符
数据表示的优点，掌握浮点数的表示方法。
2. 了解指令系统中三种面向的寻址方式。理解逻辑地址变换成
物理地址中所采用的静态再定位和动态再定位的方法。基址 寻址和变址寻址的差别。领会信息在主存中按整数边界存贮 的含义、编址要求、存在问题和适用场合。
0
0
1
0
1
4
7
2
尾数用八进制表示：（0.472）8×85
一、浮点数据表示
一、浮点数据表示----举例
一、浮点数据表示
一、浮点数据表示
尾数(16) 尾数(10) 1/16 2/16 3/16 4/16 5/16 6/16 7/16 8/16 9/16 10/16 11/16 12/16 13/16 14/16 15/16 尾数(2) 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111 阶码 10
优点：速度快，平均误差可调节到0。 缺点：硬件开销加大。 现状：逐渐普遍使用。
二、信息在主存中按整数边界存储
二、寻址方式
二、信息在主存中按整数边界存储
1. 三种面向的寻址方式：
面向寄存器、面向堆栈和面向主存的寻址方式。
2. 逻辑地址与物理地址 逻辑地址：程序员编写程序时所用到的地址，如内存变量、 程序标号； 物理地址：程序在主存中的实际地址。
一、浮点数据表示----尾数舍入处理
一、浮点数据表示
4.尾数舍入处理
3) 舍入法 优点：精度高，积累误差小； 缺点：实现困难（需增设附加位），处理速度慢（连续进位， 右规）； 现状：很少使用，主要用于软件实现的浮点运算中。
一、浮点数据表示----尾数舍入处理
一、浮点数据表示
4.尾数舍入处理
4）查表法
一、浮点数据表示
2 通用计算机浮点数的表示格式
0
0
1
0
0
1
0
0
1
1
1
0
1
阶码 尾数
尾数
147 0.625×2
一、浮点数据表示
2 通用计算机浮点数的表示格式
0 0 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1
阶符
阶码 尾数
尾数
147 0.625×2
一、浮点数据表示
2 通用计算机浮点数的表示格式
0 0 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1
二、寻址方式
二、信息在主存中按整数边界存储
3. 程序在主存中的定位技术
结论：可表示的数范围小。
一、浮点数据表示
2 通用计算机浮点数的表示格式 阶码
34 0.2×10
尾数 ？？？
一、浮点数据表示
2 通用计算机浮点数的表示格式
0
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0
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0
1Βιβλιοθήκη Baidu
147 0.625×2
一、浮点数据表示
2 通用计算机浮点数的表示格式
0
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1
尾数
147 0.625×2
一、浮点数据表示----尾数舍入处理
一、浮点数据表示
4.尾数舍入处理
2）恒置法 恒置法又称恒置r/2法(r是尾数的基值)，或恒置1法(当尾数 基值取2时)，或冯·诺依曼法(Von Neumann rounding)。 优点：容易实现，积累误差较小； 缺点：损失一位精度，表数精度降低； 现状：广泛应用于精度要求不太高的各种计算机系统中。
3. 熟练掌握等长码编码、哈夫曼编码和扩展操作码的编码方法
并能针对题目的具体要求设计出比较优化的指令格式。
4. 了解改进指令系统所要达到的目标以及所采取的思路和办法。 5. 了解CISC的问题和RISC的优点。
本章的重点和难点
本章的重点是：自定义数据表示；浮点数尾数的基值选择；
数的下溢处理方法；寻址方式中的再定位技术；信息在存贮 器中按整数边界存贮的概念；操作码和指令字格式的优化； CISC指令系统的改进途径综述；RISC概念及所采用的基本 技术等。
16 32 48 64 80 96 112 128 144 160 176 192 208 224 240
11
256 512 768 1024 1280 1536 1792 2048 1304 2560 2816 3072 3328 3584 3840
一、浮点数据表示
3 浮点数尾数基值的选择
1）表数范围：随着rm增大，表数范围增大；
尾数用二进制表示:（0.10011101）2×25
一、浮点数据表示
2 通用计算机浮点数的表示格式
0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1
0
0
1
0
1
9
D
尾数用十六进制表示:（0.9D）16×165
一、浮点数据表示
2 通用计算机浮点数的表示格式
0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1
2）表数个数：随着rm增大，表数个数增大； 3）表数精度：随着rm增大，表数精度降低； 4）精度损失：随着rm增大，精度损失降低； 5）运算速度：随着rm增大，运算速度提高。
一、浮点数据表示
4.尾数舍入处理
1）恒舍法
又称截断法、必舍法等。 优点：容易实现。 缺点：累计误差较大； 结论：运算精度要求较高的应用场合，不宜使用。
p=2 m=4 rm=16 规 格 化 浮 点 数
1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F
00 1/16 2/16 3/16 4/16 5/16 6/16 7/16 8/16 9/16 10/16 11/16 12/16 13/16 14/16 15/16
01
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
数符
阶符
阶码 尾数
尾数
147 0.625×2
一、浮点数据表示
2 通用计算机浮点数的表示格式
0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1
在不同的计算机上，浮点数的表示方式也不相同。一般地， 阶码部分用二进制表示。 尾数用几进制表示，随机器而异。
一、浮点数据表示
2 通用计算机浮点数的表示格式
0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1