第二章信息的表示

1、第二章第二章 計算機中的信息表示計算機中的信息表示 數據信息數據信息控制信息控制信息數值型數據數值型數據非數值型數據非數值型數據指令信息等指令信息等 第一節(jié)第一節(jié) 數據信息的表示數據信息的表示 2.1.1 表示數據的大小表示數據的大小二進制、八進制、十六進制、二二進制、八進制、十六進制、二-十進制十進制2.1.2 表示數據的符號表示數據的符號原碼、補碼、反碼原碼、補碼、反碼2.1.3 表示小數點表示小數點定點、浮點定點、浮點1. 定點表示法定點表示法無符號數無符號數定點整數定點整數定點小數定點小數00000000 11111111 （0） （255）11111111 01111111原原原原（

2、-127） （127）補補10000000 01111111補補（-128） （127）1.1111111 0.1111111原原原原-(1-2-7) (1-2-7)1.0000000 0.1111111補補補補 （-1） (1-2-7)類型類型 E E浮點數真值：浮點數真值：N = + R N = + R M M 階碼階碼E Ef E E1 E Em M Mf M M1 M Mn浮點數機器格式：浮點數機器格式：尾數尾數階符階符數符數符R R：階碼底，隱含約定。：階碼底，隱含約定。E E：階碼，為定點整數，補碼或移碼表示。：階碼，為定點整數，補碼或移碼表示。 其其位數位數決定決定數值范圍數值范

3、圍； 階符階符表示表示數的大小數的大小。M M：尾數，為定點小數，原碼或補碼表示。：尾數，為定點小數，原碼或補碼表示。 其其位數位數決定決定數的精度數的精度； 數符數符表示表示數的正負數的正負。尾數規(guī)格化：尾數規(guī)格化：1/21/2 M M 1 1最高有效位絕對值為最高有效位絕對值為1 12. 浮點表示法浮點表示法 第二節(jié)第二節(jié) 指令信息的表示指令信息的表示 指令：指示計算機執(zhí)行某類操作的信息的集合。指令：指示計算機執(zhí)行某類操作的信息的集合。本節(jié)主要討論：一般本節(jié)主要討論：一般指令格式指令格式 常用常用尋址方式尋址方式 面向用戶面向用戶指令類型指令類型2.2.1 指令格式指令格式指令基本格式指令

4、基本格式操作碼操作碼 地址碼地址碼 D D一個一個0個或個或3個個1. 指令字長指令字長定長指令格式定長指令格式變長指令格式變長指令格式便于控制便于控制（1） 定長操作碼定長操作碼各指令各指令的位置、位數固定相同。的位置、位數固定相同。（2 2）擴展操作碼）擴展操作碼各指令各指令的位置、位數不固定，根據需要的位置、位數不固定，根據需要變化。變化。合理利用存儲空間合理利用存儲空間2. 操作碼結構操作碼結構關鍵在設置擴展標志。關鍵在設置擴展標志。例例. 指令字長指令字長16位，可含有位，可含有3 3、2 2、1 1或或0 0個地址，每個地址占個地址，每個地址占4 4位。位。操作碼操作碼 地址碼地址

5、碼 15 12 11 8 7 4 3 00000 0000 X X Y Y Z Z 1110 1110 X X Y Y Z Z.11111111 0000 0000 Y ZY Z 1111 1111 1110 1110 Y ZY Z.三地址指令三地址指令 1515條條二地址指令二地址指令 1515條條11111111 11111111 0000 0000 Z Z 1111 11111111 1111 1110 1110 Z Z.一地址指令一地址指令 1515條條11111111 11111111 11111111 0000 0000 1111 11111111 1111 11111111 11

6、11 1111.零地址指令零地址指令 1616條條（3）復合型操作碼）復合型操作碼操作碼分為幾部分，每部分表示一種操作。操作碼分為幾部分，每部分表示一種操作。例例. .某機算邏指令某機算邏指令3. 地址結構地址結構0 1 2 3 4 5 6 7 8 15基本操作基本操作 進位進位 移位移位 回送回送 判跳判跳 操作數操作數指令中提供的地址數指令中提供的地址數存儲單元地址碼存儲單元地址碼寄存器編號寄存器編號（1）指令提供地址的方式）指令提供地址的方式顯地址方式顯地址方式隱地址方式隱地址方式:指令中明顯指明地址。指令中明顯指明地址。:地址隱含約定地址隱含約定,不出現在指令中。不出現在指令中。直接或

7、間接給出直接或間接給出（2） 地址結構的簡化地址結構的簡化操作數操作數地址地址 四地址結構指令四地址結構指令格式：格式：使用使用隱地址隱地址可以減少指令中的地址數，可以減少指令中的地址數，簡化簡化地址結構地址結構。 D1 D2 D3 D4 D1 D2 D3 D4結果結果地址地址下條指下條指令地址令地址功能：功能： (D1)(D1)(D2) D3(D2) D3(D4) (D4) 下條指令下條指令用指令計數器用指令計數器PCPC指示指令地址。指示指令地址。三地址結構指令三地址結構指令格式：格式：操作數操作數地址地址 D1 D2 D3 D1 D2 D3 結果結果地址地址下條指令地址下條指令地址功能：

8、功能：轉移時，用轉移轉移時，用轉移地址修改地址修改PCPC內容。內容。(D1)(D1)(D2) D3(D2) D3(PC) + 1 PC(PC) + 1 PC源源/目的目的二地址結構指令二地址結構指令格式：格式： D1 D2 D1 D2 目的目的/源源功能：功能： (D1)(D1)(D2) D2/D1(D2) D2/D1(PC) + 1 PC(PC) + 1 PC雙操作數：雙操作數：一地址結構指令一地址結構指令格式：格式： D1 D1 隱含約定隱含約定單操作數：單操作數：功能：功能：零地址結構指令零地址結構指令格式：格式：(D1)(D1)(A) A(A) A(PC) + 1 PC(PC) +

9、1 PC(D1) D1(D1) D1(PC) + 1 PC(PC) + 1 PC 功能：功能：用于堆棧或特殊指令操作。用于堆?；蛱厥庵噶畈僮鳌＠?ADD.ADD；執(zhí)行前：執(zhí)行前：低低SPSP101020204646SPSP30304646執(zhí)行后：執(zhí)行后：高高低低高高2.2.2 尋址方式尋址方式是指是指尋找操作數地址或操作數的方式尋找操作數地址或操作數的方式。操作碼操作碼 立即數立即數S S（1） 立即尋址立即尋址指令直接給出操作數。指令直接給出操作數。1. 常見尋址方式常見尋址方式定長格式：定長格式：變長格式：變長格式：基本指令基本指令 立即數立即數S S數在指令中，數在指令中，其長度固定、

10、其長度固定、有限。有限。數在基本指令之數在基本指令之后，其長度可變。后，其長度可變。用來提供常數、設置初值等。用來提供常數、設置初值等。操作碼操作碼 有效地址有效地址D D （2） 直接尋址直接尋址指令直接給出操作數地址。指令直接給出操作數地址。存儲單元號存儲單元號寄存器號寄存器號( (數在數在M M中中) )( (數在數在R R中中) ) 存儲器直接尋址存儲器直接尋址（直接尋址）（直接尋址）定長格式定長格式D D的位數有限的位數有限, ,限制訪存范圍限制訪存范圍變長格式變長格式 基本指令基本指令 D DL L D DH HD D的位數可覆蓋的位數可覆蓋整個存儲空間整個存儲空間S =S =（D

11、 D）操作碼操作碼 寄存器號寄存器號R R 存儲單元號存儲單元號寄存器號寄存器號( (數在數在M M中中) )( (數在數在M M中中) ) 寄存器直接尋址寄存器直接尋址 （寄存器尋址）（寄存器尋址）格式格式R R所占位數少；所占位數少；訪問訪問R R比訪問比訪問M M快快格式格式S =S =（R R）用于訪問固定的存儲單元或寄存器。用于訪問固定的存儲單元或寄存器。（3 3）間接尋址）間接尋址指令給出操作數的間接地址。指令給出操作數的間接地址。 存儲器間址存儲器間址操作碼操作碼 間接地址間接地址D D D=0030D=003000600060.00600060 S S.S =(D)S =(D)

12、 M間址單元間址單元地址指針地址指針操作碼操作碼 寄存器號寄存器號R R 寄存器間址寄存器間址格式格式R R所占位數少；所占位數少；R R可提供全字長地址碼；可提供全字長地址碼；修改修改R R內容比修改內容比修改M M內容快。內容快。格式格式S =(R)S =(R)指針不變指針不變(由指令指定由指令指定)，指針內容可變，使同一指，指針內容可變，使同一指令可指向不同存儲單元，以實現令可指向不同存儲單元，以實現程序的循環(huán)程序的循環(huán)、共享共享，并并提供轉移地址提供轉移地址。 堆棧尋址堆棧尋址操作碼操作碼 堆棧指針堆棧指針S SP P SPSP. S S.S =(SP)S =(SP) MR=02R=0

13、2 M0040004000400040 S S. .地址指針地址指針00700070.棧頂棧頂格式格式SPSP既可出現在既可出現在指令中，也可隱含約定。指令中，也可隱含約定。 變址尋址變址尋址（4 4）變址、基址尋址及其變化）變址、基址尋址及其變化SPSP棧頂棧頂 M S S.低低高高堆棧向上生成堆棧向上生成壓棧：壓棧：SPSP自動減自動減1 1，再存數。，再存數。-(SP)-(SP)，自減型間址自減型間址。先取數，先取數，SPSP再自動加再自動加1 1。(SP)+(SP)+，自增型間址自增型間址。出棧：出棧：指令給出一個寄存器號和一個地址量，寄存指令給出一個寄存器號和一個地址量，寄存器內容與

14、地址量之和為有效地址。器內容與地址量之和為有效地址。操作碼操作碼 R RX X D D D D的位數有限，若不能提供全字長地址碼，會使的位數有限，若不能提供全字長地址碼，會使訪存空間受到限制訪存空間受到限制。變址寄存器號變址寄存器號例例. 用變址方式訪問一組連續(xù)區(qū)間內的數組元素。用變址方式訪問一組連續(xù)區(qū)間內的數組元素。S =(S =(R(RX X) )+ + D D) )D=D=首址首址D為存儲區(qū)首址；為存儲區(qū)首址；(R(RX X) )為所訪單元距離為所訪單元距離首址的長度；首址的長度；R RX X初值為初值為0 0，每訪問一，每訪問一個單元，個單元，(R(RX X)+1)+1。格式格式操作碼

15、操作碼 R RX X D D 形式地址形式地址修改量修改量基準地址基準地址n-1n-1.0 01 12 2.D+1D+1D+2D+2D+n-1D+n-1 .格式格式（D的位數只需覆蓋一個較小的位數只需覆蓋一個較小的存儲區(qū)間）的存儲區(qū)間） 基址尋址基址尋址基址寄存器號基址寄存器號R Rb b 4K 4K指令給出一個寄存器號和一個地址量，寄存指令給出一個寄存器號和一個地址量，寄存器內容與地址量之和為有效地址。器內容與地址量之和為有效地址。操作碼操作碼 R Rb b D D 位移量位移量S =(S =(R(Rb b) )+ + D D) )基準地址基準地址 相對于基址的位移相對于基址的位移 M.R

16、Rb b 4K 4K改變改變Rb的內容，程序能訪問的內容，程序能訪問存儲空間中任何一個定長區(qū)存儲空間中任何一個定長區(qū)間間(4K)(4K)。便于訪問兩維數組中某類便于訪問兩維數組中某類指定的元素。指定的元素。 4K 4K 4K 4KR Rb b M.R Rb bD=2D=2D=2D=2學生姓名學生姓名性別性別性別性別年齡年齡年齡年齡學生姓名學生姓名變址與基址的區(qū)別：變址與基址的區(qū)別：變址變址：指令提供：指令提供基準量基準量( (不變不變) )， R R提供提供修改量修改量( (可變可變) )；適；適 于處理一維數組。于處理一維數組。基址基址：指令提供：指令提供位移量位移量( (不變不變) )，

17、R R提供提供基準量基準量( (可變可變) )；用；用 于擴大有限字長指令的訪于擴大有限字長指令的訪 存空間。存空間。S =(RS =(RX X)+(R)+(Rb b)+ D)+ D)格式格式 基址加變址基址加變址變址寄存器號變址寄存器號指令給出兩個寄存器號和一個地址量，寄存指令給出兩個寄存器號和一個地址量，寄存器內容與地址量之和為有效地址。器內容與地址量之和為有效地址。位移量位移量操作碼操作碼 R RX X R Rb b D D 基址寄存器號基址寄存器號便于處理兩維數組。便于處理兩維數組。格式格式 相對尋址相對尋址指令給出位移量，指令給出位移量，PCPC內容與位移量之和為有內容與位移量之和為

18、有效地址。效地址。位移量位移量操作碼操作碼 PCPC D D 或隱含指定或隱含指定S =(PC)S =(PC)D)D)有效地址相對有效地址相對PCPC上下浮動上下浮動, ,給給編程帶來方便編程帶來方便。格式格式 頁面尋址頁面尋址指令給出位移量，指令給出位移量，PCPC的高位部分的高位部分與位移量拼與位移量拼接，形成有效地址。接，形成有效地址。位移量位移量操作碼操作碼 PCPC D D 或隱含指定或隱含指定S =(S =(PC)(PC)H H，D D) )例例. M為為64KB，劃，劃分為分為256頁，每頁頁，每頁256B。頁號頁號頁內地址頁內地址用于頁式管理存儲系統(tǒng)。用于頁式管理存儲系統(tǒng)。尋址

19、速度快，適于組織程序模塊，尋址速度快，適于組織程序模塊，有效利用存儲空間。有效利用存儲空間。PC0165H7C.017CHS2. 對尋址方式的說明對尋址方式的說明 （1 1）操作碼隱含說明不同尋址方式）操作碼隱含說明不同尋址方式例例. .某機指令操作碼最高兩位某機指令操作碼最高兩位0000：RRRR型指令，寄存器型指令，寄存器- -寄存器尋址寄存器尋址0101：RXRX型指令，寄存器型指令，寄存器- -變址尋址變址尋址1010：SISI型指令，基址型指令，基址- -立即尋址立即尋址1111：SSSS型指令，基址型指令，基址- -基址尋址基址尋址（2 2）指令中設置專門字段說明尋址方式）指令中設

20、置專門字段說明尋址方式例例. .某機指令的每個地址字段中各設置一個某機指令的每個地址字段中各設置一個3 3位的尋址方式字段。位的尋址方式字段。操作碼操作碼 尋址方式尋址方式 R R 尋址方式尋址方式 R R 源地址字段源地址字段目的地址字段目的地址字段3位位3位位2.2.3 2.2.3 指令類型指令類型1.1.傳送指令傳送指令源地址源地址 目的地址目的地址數數設置時需考慮：設置時需考慮：（1 1）規(guī)定傳送范圍）規(guī)定傳送范圍例例. DJS-100. DJS-100系列：系列： 8 80 0X86X86： IBM370 IBM370：R R M MR R M M，R R R RR R M M，R

21、R R R，M M M M（2 2）指明傳送單位）指明傳送單位例例. . 用操作碼說明用操作碼說明(VAX-11)(VAX-11)：用地址量說明用地址量說明(8(80 0X86)X86)：傳送次數由傳送次數由計數器控制計數器控制MOVMOVB B 8 8MOV MOV AXAX，BXBX MOVMOVW W 1616MOVMOVL L 3232MOV MOV ALAL，BLBL MOV MOV EAXEAX，EBXEBX 例例. 80X86. 80X86的串傳送指令：的串傳送指令：REPREP MOVSWMOVSW（3 3）設置尋址方式）設置尋址方式在尋址方式的設置上幾乎不受限制，能比較在尋址

22、方式的設置上幾乎不受限制，能比較集中地反映指令系統(tǒng)各種尋址方式的實現。集中地反映指令系統(tǒng)各種尋址方式的實現。8 8161632322.2.輸入輸入/ /輸出指令輸出指令各種信息各種信息主機主機 外設外設設置時需考慮：設置時需考慮：（1 1）I/OI/O指令的功能擴展指令的功能擴展如何用通用如何用通用I/OI/O指令實現對各種具體設備的控制？指令實現對各種具體設備的控制？ I/O I/O指令中留有擴展余地指令中留有擴展余地指令中某些字段編碼事先不定義，需要時再約定指令中某些字段編碼事先不定義，需要時再約定其含義。其含義。 I/O I/O接口中設置控制接口中設置控制/ /狀態(tài)寄存器狀態(tài)寄存器用于外

23、設種類、數量不多的場合。用于外設種類、數量不多的場合。（2 2）主機對外設的尋址方式）主機對外設的尋址方式如何設置控制如何設置控制/ /狀態(tài)寄存器是接口設計的關鍵。狀態(tài)寄存器是接口設計的關鍵。尋找尋找I/OI/O接口中的寄存器的方式。接口中的寄存器的方式。主機用主機用輸出指令輸出指令或或傳送指令傳送指令將具體設備的控制命令將具體設備的控制命令按約定的代碼格式送往接口中的按約定的代碼格式送往接口中的控制寄存器控制寄存器，向外，向外設發(fā)出命令。設發(fā)出命令。外設的狀態(tài)信息也以某種格式放在接口的狀態(tài)寄存外設的狀態(tài)信息也以某種格式放在接口的狀態(tài)寄存器中，主機用器中，主機用輸入指令輸入指令或或傳送指令傳送

24、指令從從狀態(tài)寄存器狀態(tài)寄存器中中取出有關信息進行查詢、分析。取出有關信息進行查詢、分析。I/OI/O端口端口尋找尋找I/OI/O接口中的寄存器接口中的寄存器的方式。的方式。如何為如何為I/OI/O端口分配地址？端口分配地址？ 單獨編址單獨編址I/OI/O地址空間不占主存空間，可與主存空間重疊。地址空間不占主存空間，可與主存空間重疊。=1 =1 訪問存儲器訪問存儲器=0 =0 訪問訪問I/OI/O端口端口需設置標志區(qū)分訪問對象，如需設置標志區(qū)分訪問對象，如編址到寄存器編址到寄存器：為每個寄存器：為每個寄存器(I/O(I/O端口端口) )分配獨分配獨 立的端口地址；立的端口地址； I/OI/O指令

25、中給出端口地址。指令中給出端口地址。M/IOM/IO 統(tǒng)一編址統(tǒng)一編址I/OI/O端口占據部分主存空間。端口占據部分主存空間。常將存儲空間的低端分配給主存單元，高端分配常將存儲空間的低端分配給主存單元，高端分配給給I/OI/O端口，以示區(qū)分。端口，以示區(qū)分。編址到寄存器編址到寄存器 設置設置專用專用I/OI/O指令指令針對單獨編址，用針對單獨編址，用I/OI/O指令訪問指令訪問I/OI/O端口。端口。指令中說明輸入指令中說明輸入/ /輸出操作，并給出端口地址。輸出操作，并給出端口地址。 ：為每個寄存器：為每個寄存器(I/O(I/O端口端口) )分配總分配總 線地址；線地址； 訪問外設時，指令中

26、給出總線地址。訪問外設時，指令中給出總線地址。（3 3）I/OI/O指令設置方式指令設置方式顯式顯式I/OI/O指令指令例例. 80X86I/O. 80X86I/O指令設置指令設置 輸入：輸入：IN ALIN AL，n n；端口地址端口地址(n) AL(n) AL( (直接端口尋址直接端口尋址) ) IN ALIN AL，DXDX；間接端口地址間接端口地址(DX) AL(DX) AL( (間接端口尋址間接端口尋址) ) 輸出：輸出：OUT nOUT n，ALAL；(AL) n(AL) n( (直接端口尋址直接端口尋址) ) OUT DXOUT DX，ALAL；(AL) (DX)(AL) (DX

27、)( (間接端口尋址間接端口尋址) )主機調用輸入機：主機調用輸入機： 用用傳送指令傳送指令實現實現I/OI/O操作操作針對統(tǒng)一編址，用傳送指令訪問針對統(tǒng)一編址，用傳送指令訪問I/OI/O端口。端口。不設專用不設專用I/OI/O指令。指令。例例. . 某機某機I/OI/O接口中設置接口中設置控制控制/ /狀態(tài)寄存器狀態(tài)寄存器CSRCSR, ,其總線地址為其總線地址為177550177550(8(8進制進制) )數據緩沖寄存器數據緩沖寄存器DBRDBR，其總線地址為，其總線地址為177552177552隱式隱式I/OI/O指令指令控制控制/ /狀態(tài)字格式：狀態(tài)字格式：出錯出錯 故障故障 忙忙 完成完成 允許中斷允許中斷 維護維護 校驗校驗 啟動啟動15 14 12 7 6 2 1 015 14 12 7 6 2 1 0啟動：啟動：測試：測試：取數：取數：主機主機 177550177550控制字控制字( (啟動位為啟動位為1)1)傳送指令傳送指令主機主機 177550177550 狀態(tài)字狀態(tài)字傳送指令傳送指令主機主機 177552177552 數據數據傳送指令傳送指令 通過通過I/OI/O處理機進行處理機進行I/O