计算机组成原理1

m<=2N
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2、非规整型（变长编码）
操作码字段的位数不固定，且分散地放在指令字的不同 位置上。 PDP-11机的指令编码即为非规整型，分为单字长、二字 长、三字长3种。 常用 的非规整型编码方式是扩展操作码法。即让操作数 地址个数多的指令的操作码字段短一些，让操作数地址个数 少的指令的操作码字段长一些。可解决指令长度一定的情况 下地址码与操作码之间的冲突。
3
4
0011
0100
0011
0100
0110
0111
5
6 7
0101
0110 0111
1011
1100 1101
1000
1001 1010
8
9
1000
1001
1110
1111
1011
1100
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二、十进制数串 1、非压缩的十进制数串 非压缩的十进制数串即字符串，即用一个字节存放一 个十进制数或符号的ASCII码。 分为前分隔式数字串和后嵌入式数字串两种格式。前 分隔式符号单独占用一个字节，后嵌入式符号位嵌入最一 一个数字中。 2、压缩的十进制数串 一个字节存放两位BCD码表示的十进制数。符号位占 半个字节，常用CH表示正号，DH表示负号。数字个数加 符号位之和必须为偶数，当为奇数时，应在最高数值位之 前补0H。
编址单位=1个字节
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优点：编址单位与信息的基本单位（一个字节）相一致， 能进行非数值应用。 缺点：地址信息浪费。 位编址 编址单位=1bit 2、指令中的地址码位数 指令中的地址码位数与主存容量及最小寻址单位有关。 例题：计算机字长16位，存储容量是1M byte，按字节编 址，它的寻址范围是 ?,按字编址，它的寻址范围又 是 ?
最高位“0”表示负数，“1”表示正数，与原码、补码正好相反。 全0时对应的真值最小，全1时对应的真值最大。能较直观的反映 真值的大小。 真值0在移码中表示形式也是惟一的，为10000000。 移码把真值映射到一个正数域，可以将其视为无符号数，直接按 无符号数比较大小。 同一数值对应的移码与补码除最高位相反外，其他各位相同。
2
1.2 计算机的硬件组成
1.2.1 计算机的主要部件 1.2.2 计算机的总线结构
1.单总线结构 2.总线电路
1.2.3 大、中型计算机的典型结构 1.2.4 不同对象观察到的计算机硬件系统
1.3 计算机系统
1.3.1 硬件与软件的关系
硬件软化 软件硬化 固件
1.3.2 系列机和软件兼容 1.3.3 计算机系统的多层次结构
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5、浮点数尾数的基数
N=M×rE
一般r的值为2，但也可以等于4、8、16„„ 尾数基数r对浮点数特性的影响： r增大，可表示的数的范围增大 r增大，可表示的数的个数增加 r增大，数在数轴上的分布密度愈稀 r增大，可表示数的精度单调下降 r增大，运算速度可以提高
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6、实用浮点数举例 大多数计算机中的浮点数表示都采用IEEE754标准， 与前面所讲的浮点数格式有些不同。
补 0H 0000 2 0010 6 0110 4 0100 8 1000 - (DH) 1101
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第四节 数据校验码
数据校验码是指那些能够发现错误或能够自动纠正错 误的数据编码，又称之为“检错纠错编码”。 码距的概念 检、纠错编码的原理 一、奇偶校验码 码距为2的一种校验码，检错能力较低。 实现方法：由若干位有效信息（如一个字节），再加 上一个二进制位（校验码）组成检验编码。检验码的取值 将使整个校验码的“1”的个数为奇数或偶数。 简单奇偶校验与交叉奇偶校验。
特点： 取指令时，操作码与操作数同时取出，执行速度提高。 操作数不能修改 操作数大小受指令长度限制。
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2、寄存器寻址 寄存器寻址指令的地址码部分给出一个通用寄存器的编 号，操作数存放在指令指定的8位、16位或32位通用寄存器 中。 操作数S与寄存器Ri的关系为： S = (Ri)
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指令
内存空间
1
……
操作码 地址码 地址码位数 0000 0000 0000
0000 0000 …… 0000 0000 …… 0001 0010 ……
16
……
256 ……
1111 1111
地址空间 16
1111 1111
256
1110 1111
4096
22
4096
1、四地址指令 OP A1 A2 A3 A4
C
4
1.4.2 计算机的主要性能指标
1. 机器字长 2. 数据通路宽度 3. 主存容量 4. 运算速度
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第二章 数据的机器层次表示
第一节 数值数据的表示
一、计算机中的数值数据
二进制 —— 八进制 —— 十进制 —— 十六进制 —— B O/Q D H 带符号数 +9 -6
6
二、无符号数和带符号数 无符号数 9 N1=01001 N2=11001 25
一般应用于堆栈计算机中。
三、指令的操作码 指令系统中的每一条指令都有一个惟一确定的操作码， 指令操作码的编码可以分为规整型和非规整型两类。 1、规整型（定长编码） 操作码字段的位数和位置是固定的。指令操作码的位 数应能表示该指令系统中全部的指令。 若指令系统共有m条指令，指令中操作码字段的位数 为N位，则有如下关系：
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指令长度与机器字长相等的指令称为单字长指令， 指令长度等于半个机器字长的指令称为半字长指令，指 令长度等于两个机器字长的指令称为双字长指令。 在一个指令系统中，若所有指令的长度都是相等的， 称为定长指令字结构；若各种指令的长度随指令功能而 异，称为变长指令字结构。 二、地址码结构 对于一般的双操作数运算类指令来说，其所包含的 信息如下： 操作码（OPCODE） 第一操作数地址（A1） 第二操作数地址（A2） 操作结果存放地址（A3） 下条将要执行指令的地址（A4）
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第四节 十进制数和数串的表示
一、十进制数的编码 把十进制数的各位数字变成一组对应的二进制代码， 用4位二进制数来表示一位十进制数，称为二进制编码的 十进制数，即BCD码。
十进制数 0 1 2 8421码 0000 0001 0010 2421码 0000 0001 0010 余3码 0011 0100 0101
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第三章 指令系统
第一节 指令格式
一、机器指令的基本格式 一条指令在机器中对应一组有意义的二进制代码，指 令的基本格式如下：
操作码字段
地址码字段
操作码指明了指令的操作性质及功能，地址码则给出 了操作数的地址。 指令的长度即其所包含的二进制代码的位数，它取决 于操作码字段的长度、操作数地址的个数及长度。与机器 字长没有固定关系。
[X]绝对值最大负数（补码） = -1
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1、定点整数
XS X1 X2 X3 „ „ „ Xn
数符
XS=0: XS=1:
[X]最大正数 = 2-n-1
[X]最小正数 =1
[X]绝对值最大负数（原码） = -(2n-1) [X]绝对值最大负数（补码） = -2n
在定点表示法中，参加运算的数以及运算的结果都 必须保证落在该定点数所能表示的数值范围内，如结果 大于最大正数和小于绝对值最大的负数，统称为“溢 出”。
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1M是2的20次方，所以按字节编址的话需要20位地 址，按字编址的话需要20－1=19位地址。 因此： 按字节编址，寻址范围：00000H-fffffH 即：0——1111,1111,1111,1111,1111（2^20-1） 按字编址， 寻址范围：00000H-7ffffH 即：0——0111,1111,1111,1111,1111（2^19-1)
2n–X = 2n + |X| 四、补码表示法
1、模和同余 2、补码表示
对于正数，数值部分与真值相同，对于负数，将真 值的数值部分取反，且在最低位上加1。 X [X]补 = 0<=X<M/2 (mod M)
M+X
-M/2<=X<0
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纯小数补码：
X [X]补 = 0<=X<1 (mod 2)
2+X
纯整数补码： X [X]补 = 2n+1 + X
-1<=X<0
0<=X<2n (mod 2n+1) -2n<=X<0
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第二节 机器数的定点表示与浮点表示
一、定点表示法 1、定点小数
XS X1 X2 X3 „ „ „ Xn
数符
XS=0:
[X]最大正数 = XS=1:
[X]绝对值最大负数（原码） = -(1-2-n)
ms
数符
E
阶码部分，用移码表示 原码表示
m
尾数数值位
类型
短浮点数 长浮点数 临时浮点数
数符
阶码
尾数数值
总位数
偏置值 十六进制 十进制
1 1 1
8 11 15
23 52 64
32 64 80
7FH 3FFH 3FFFH
127 1023 16383
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以32位短浮点数为例，其最高位为符号位，其后是8位 阶码，以2为底，用移码表示，阶码的偏置值为127；其余 23位是尾数数值位。 注意：对于规格化二进制浮点数，数值的最高位总是 “1”（IEEE标准与前面提到的不同），为了能使尾数多 表示一位有效值 ，可将这个“1”隐含，因此尾数数值实 际上是24位。
指令的含义： (A1)OP(A2) A1 (PC)+1PC（隐含） 其中A1为目的操作地址，A2为源操作地址。 注意：指令执行完后，目的操作数地址中原有的内容已 经被破坏了。
4、一地址指令
OP
Acc