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1、1.硬件的判斷邏輯通過符號(hào)位的關(guān)系,相加的溢出判斷 :通過符號(hào)位的與或門1)如正數(shù)+正數(shù)=正數(shù),負(fù)數(shù)+負(fù)數(shù)=負(fù)數(shù)2)溢出=sasbsf+sasbsf3)雙符號(hào)位來判斷,第一位與第二位的符號(hào)不同時(shí)發(fā)生溢出2.移位操作 邏輯移位:數(shù)碼的位置發(fā)生變化,但數(shù)值不變 如循環(huán)左移 算數(shù)移位:數(shù)碼的位子變化,數(shù)值變化,但符號(hào)位不變,絕對(duì)值變?yōu)閮杀?1) 正數(shù)補(bǔ)碼移位規(guī)則單符號(hào):不能超出表示范圍,左移會(huì)超出,右移無所謂,會(huì)有誤差,如四位只能表示015,超出則溢出雙符號(hào):可以將計(jì)算過程中產(chǎn)生的進(jìn)位保存在第二符號(hào)位中,但是計(jì)算結(jié)束后要恢復(fù)總結(jié):數(shù)符不變(單符號(hào)為符號(hào)位不變,雙符號(hào)位為第一符號(hào)位不變) 空高位補(bǔ)0(
2、右移是第二符號(hào)位移至尾數(shù)最高位) 2)負(fù)數(shù)補(bǔ)碼移位規(guī)則 單符號(hào):1表示負(fù)數(shù),不能超出數(shù)值的表示范圍,左移低位補(bǔ)0,右移高位補(bǔ)1 雙符號(hào):第二符號(hào)位同樣可以用來存儲(chǔ)計(jì)算過程進(jìn)位, 總結(jié):數(shù)符不變 左移空位補(bǔ)0,右移空位補(bǔ)1,第二符號(hào)位移至尾數(shù)最高位3右移時(shí)產(chǎn)生誤差舍入方法 1)0舍1入法 如舍去最低位為0,則舍去,如舍去的為1,則舍去后+1 2)末尾恒置1 定點(diǎn)乘法運(yùn)算將乘法轉(zhuǎn)化為部分積的累加,移位1. 原碼一位乘法:每次用一位乘數(shù)去乘被乘數(shù),得到部分積進(jìn)行相加 設(shè)置寄存器A來保存每次的部分積之和,用寄存器B來保存被乘數(shù),寄存器C來保存乘數(shù),c要么為0,要么為1,所以要么+B,要么+0,將用來中
3、轉(zhuǎn)的A寄存器中的值右移來解決累加和位數(shù)增多的問題,右移的數(shù)保存到C中,因?yàn)閏寄存器需要用到的位數(shù)每算一次少一位,正好用來保存2. 補(bǔ)碼一位乘法:通過乘數(shù)小數(shù)點(diǎn)后的權(quán)值與數(shù)值相乘,列出表達(dá)式,提取,變換后得到相當(dāng)于用相鄰兩位乘數(shù)比較的結(jié)果來決定3. 原碼恢復(fù)余數(shù)法被除數(shù)的絕對(duì)值小于除數(shù)為前提比較兩數(shù)大小可用減法試探 4原碼不恢復(fù)余數(shù)法 基于恢復(fù)余數(shù)法的改進(jìn)5.補(bǔ)碼不恢復(fù)余數(shù)法 浮點(diǎn)四則運(yùn)算1. 浮點(diǎn)加減運(yùn)算 都是補(bǔ)碼運(yùn)算 1)加減前應(yīng)該進(jìn)行對(duì)階操作,通過對(duì)尾數(shù)的右移,階數(shù)+1,尾數(shù)左移,階數(shù)1,來調(diào)整,一般都是將小階調(diào)到大階,這樣低位去掉,如果左移去掉高位誤差太大。最后將結(jié)果進(jìn)行規(guī)格化,判斷標(biāo)準(zhǔn)
4、為尾數(shù)值|w|應(yīng)該在1/21之間,如尾數(shù)|w|<1/2,則左移進(jìn)行規(guī)格話,大于1/2,則右移規(guī)格話。 2)我們也可以通過符號(hào)位+尾數(shù)最高位的異或關(guān)系,來判斷。(沒看懂) 2.浮點(diǎn)乘法運(yùn)算 階碼相加,尾數(shù)相乘,轉(zhuǎn)化為浮點(diǎn)加減運(yùn)算 步驟:1)檢查操作數(shù)是否為0 2)階碼相加 3)尾數(shù)相乘,不需要像加減法一樣對(duì)階 4)結(jié)果規(guī)格化。一般左規(guī) 3.浮點(diǎn)除法運(yùn)算原理:階碼相減,尾數(shù)相除步驟:1)檢查操作數(shù)是否為0 2)要保證尾數(shù)相除的結(jié)果為小數(shù),所以AW<BW,如果不是則通過調(diào)整AW的左移u右移 3)階碼相減 4)尾數(shù)相除,同理不需要對(duì)階 5)通常結(jié)果在1/2到1,之間,所以不需要規(guī)格化。 第
5、三章 指令系統(tǒng)主要討論:一般指令格式;常用尋址方式;面向用戶指令類型 第一節(jié) 指令格式1.2. 操作碼格式1) 定長(zhǎng)操作碼各指令操作碼的位置,位數(shù)固定相同2) 擴(kuò)展操作碼各指令操作碼的位置,位數(shù)不固定,根據(jù)需要變化區(qū)分以上兩者的不同,關(guān)鍵是要設(shè)置擴(kuò)展標(biāo)志每個(gè)操作碼為四位,總共能表示16種狀態(tài),我們只能用15中,剩下1111作為擴(kuò)展標(biāo)志,將下一位地址碼擴(kuò)展為操作碼,同理,下一個(gè)四位也能這樣操作,這樣下去,能分為三地址指令,二地址指令,一地址指令,各有15條,零地址指令16條,不在需要擴(kuò)展標(biāo)志。3. 操作碼采用方式碼編碼4. 地址結(jié)構(gòu)指令中提供的地址數(shù)采用兩種方式呈現(xiàn):存儲(chǔ)單元地址碼或者存儲(chǔ)起編號(hào)
6、要知道指令中提供的地址數(shù)與實(shí)際中需要的地址數(shù)不一定相同,因?yàn)閷?duì)地址的數(shù)量進(jìn)行了簡(jiǎn)化,指令提供地址的方式:1)顯地址方式:寄存器,存儲(chǔ)單元,包括直接與間接 2)隱地址方式:地址隱含約定,不出現(xiàn)在指令中所以采用隱地址才能簡(jiǎn)化地址數(shù),從而簡(jiǎn)化地址結(jié)構(gòu)四地址三地址二地址一地址四地址指令結(jié)構(gòu):1)四地址到三地址:因?yàn)橄乱粭l指令的地址已經(jīng)放在地址中,所以不能靈活的實(shí)現(xiàn)地址的轉(zhuǎn)移,所以我們改為用指令計(jì)數(shù)器PC來表示,現(xiàn)行指令與pc+1的方法指示下條指令。轉(zhuǎn)移是用轉(zhuǎn)移地址修改PC內(nèi)容2)三地址到二地址:將兩個(gè)操作數(shù)得到的結(jié)果放到其中一個(gè)操作數(shù)地址中,從而省掉結(jié)果地址,類比除法將余數(shù)放到被除數(shù)作為下次循環(huán)繼續(xù)用
7、,稱為目的地址3)二地址轉(zhuǎn)化為一地址:雙操作數(shù):采用累加器隱含約定一個(gè)操作數(shù)與給出的操作數(shù)進(jìn)作 單操作數(shù),取反等4)零地址結(jié)構(gòu)指令:用于堆?;蛱厥庵噶畈僮?四地址結(jié)構(gòu)已經(jīng)很少用了,對(duì)于指令字長(zhǎng)的大型機(jī)還用三地址,對(duì)于指令小的小型機(jī)就用二地址一地址了。 第二節(jié) 尋址方式指尋找操作數(shù)地址或操作數(shù)的方式1.常見尋址方式 1)立即尋址指令直接給出操作數(shù)因?yàn)榱⒓磾?shù)是跟在操作碼之后的所以提供以后就不在變化,所以基本上用來提供常數(shù),設(shè)置初值等。所以在更多的情況下,我們希望這個(gè)立即數(shù)是可以變化的,所以不會(huì)將立即數(shù)放在操作碼后,而是將操作數(shù)的地址放在之后 2)直接尋址 地址給出的方式也有兩種:存儲(chǔ)單元號(hào)M,寄存
8、器號(hào)R 存儲(chǔ)器直接尋址 定長(zhǎng)是將地址與操作碼一次給出,所以長(zhǎng)度受限,訪問到的地址數(shù)量也就有限 變長(zhǎng)是分幾次給出 寄存器直接尋址 寄存器位CPU中,所以訪問快且數(shù)量少,所占位數(shù)少 3)間接尋址將地址放在寄存器或者存儲(chǔ)器中從而間接找到操作數(shù),所以又分為存儲(chǔ)器間接尋址與寄存器間接尋址。R所占位數(shù)少,修改R內(nèi)容比修改M內(nèi)容快,且我們只需要改變間接單元內(nèi)容,使得同一條指令可指向不同的存儲(chǔ)單眼,并不需要改變地址指針。4)堆棧尋址將堆棧指針放在操作碼之后 5)變址尋址方式 相當(dāng)于一個(gè)線性函數(shù),以D為基準(zhǔn)地址,Rx為修改量,兩個(gè)地址的和才是最終指向的單元,且Rx的變化是有規(guī)律的,如+1,+2,這樣稱為用變址方
9、式訪問一組數(shù)組元素。由于基準(zhǔn)地址的D位數(shù)是有限的,不能覆蓋所有地址。所以進(jìn)行改進(jìn),稱為基址尋址6)基址尋址一寄存器號(hào)為基準(zhǔn)地址,D為位移量,改變Rb,D不變,能訪問定長(zhǎng)空間以上不同的尋址方式對(duì)應(yīng)與不同的情況,所以有不同的模型每種都有自己的特點(diǎn),根據(jù)實(shí)際情況選擇7)基址加變址8)相對(duì)尋址有效地址相對(duì)于PC上下浮動(dòng),給編程帶來方便9)頁面尋址不是求和,只是拼接特點(diǎn):用于頁式管理存儲(chǔ)系統(tǒng),尋址速度較快,相當(dāng)于組織程序模塊,有效利用存儲(chǔ)空間。對(duì)尋址方式的說明在操作碼的最高兩位說明尋址方式00 RR型 寄存器-寄存器尋址01 rx型 寄存器變址尋址10 SI型 基址立即尋址 11 ss型 基址基址尋址
10、當(dāng)如果給出00型時(shí),不能改變,但我們希望能夠在不同的尋址方式中進(jìn)行選擇所以可以在指令中設(shè)置專門字段說明尋址方式,我們稱為尋址方式字段定義,特點(diǎn),應(yīng)用場(chǎng)合 以上幾種方式要弄清楚 指令類型 一個(gè)系統(tǒng)的指令需要根據(jù)系統(tǒng)蘇需要的功能來設(shè)置,集體在硬件上實(shí)現(xiàn)1.傳送指令原地址>目的地址 設(shè)置時(shí)需要考慮的幾個(gè)方面 (1)規(guī)定傳送方向 如DJS-100 規(guī)定只能R M 相互傳送 80x86 能RR RM之間傳送IBM370能RM RR MM 相互傳送 (2)指明傳送單位 (3)設(shè)置尋址方式 傳送指令能集中的反應(yīng)系統(tǒng)的集中尋址方式 2.輸入/輸出指令 1).主機(jī)與外部設(shè)備間的信息交換,設(shè)置時(shí)考慮 I/O
11、指令的功能擴(kuò)展 I/O指令中留有擴(kuò)展余地:如四位編碼能表示16中,只用其中幾種,用于外設(shè)種類數(shù)量不多的場(chǎng)合 I/O接口中專門設(shè)置狀態(tài)/控制寄存器,用于特殊設(shè)備,用狀態(tài)寄存器與控制寄存器兩個(gè)東西來進(jìn)行兩個(gè)設(shè)備的交換,采用約定的代碼來表示具體情況 2)主機(jī)對(duì)外設(shè)的尋址方式 主機(jī)與外部設(shè)備的交換是通過接口中的寄存器來交換的,先將外部設(shè)備的信息放到寄存器中,再進(jìn)行主機(jī)與寄存器的交換,所以需要尋址 一個(gè)接口中有好多端口,稱為端口地址 (1)單獨(dú)編址 編址到寄存器:為每個(gè)寄存器分配獨(dú)立的端口地址與主存相對(duì)獨(dú)立 所以I/O指令中要給出端口地址 I/O地址空間不占主存空間但是可與主存空間重疊,16位與12位,
12、所以我們需要設(shè)置標(biāo)志來區(qū)分訪問主存還是I/O,因?yàn)樗麄兌紥煸诳偩€上(2)統(tǒng)一編址就是對(duì)外部設(shè)備與主存統(tǒng)一編址,訪問時(shí),指令中給出總線地址3)I/O指令設(shè)置方式 (1)設(shè)置單獨(dú)編址,用I/O指令直接訪問I/O端口,稱為顯示I/O指令 第一個(gè)表示從端口地址n中寫入到cpu中al邏輯塊中(2)用傳送指令實(shí)現(xiàn)I/O操作 針對(duì)統(tǒng)一編址,用傳送指令訪問I/O端口 需要分為控制狀態(tài)與數(shù)據(jù)的寫入兩部分當(dāng)統(tǒng)一編址時(shí),我們是通過傳送指令傳送到兩個(gè)寄存器中來改變狀態(tài)字格式,比如說我們想將啟動(dòng)字改為1,則用一個(gè)命令通過總線177550來傳送到CSR中,從而改變狀態(tài),當(dāng)想要寫入數(shù)據(jù)的時(shí)候我們要檢查7號(hào)位的狀態(tài)是否為1,
13、表示完成,然后再通過傳送指令寫入數(shù)據(jù)。(3)通過I/O處理機(jī)進(jìn)行I/O操作CPU進(jìn)行簡(jiǎn)單的控制I/O處理機(jī),然后I/O處理機(jī)進(jìn)行操作指令操作3.算術(shù) 邏輯運(yùn)算指令 1)算術(shù)運(yùn)算指令 考慮 操作數(shù)類型,符號(hào),進(jìn)制,運(yùn)算結(jié)束后我們也要考慮是否進(jìn)位等問題,如進(jìn)位則進(jìn)行轉(zhuǎn)移,所以還需要設(shè)置運(yùn)算結(jié)束后的狀態(tài)標(biāo)志 2)邏輯運(yùn)算指令 通過與或非指令與原先的代碼進(jìn)行邏輯運(yùn)算,實(shí)現(xiàn)代碼的改變4.程序控制指令1)控制程序流程的指令 (1)轉(zhuǎn)移指令(2)轉(zhuǎn)子指令和返回指令 在函數(shù)執(zhí)行過程中的主函數(shù)與被調(diào)用函數(shù)情況相似,對(duì)于返回地址需要同一條指令鞥夠提供不同的返回地址,所以要用間接尋址的方式,用堆棧來存放返回地址(3
14、)軟中斷指令 早期用于程序的調(diào)試,在程序執(zhí)行的某一處需要設(shè)置斷點(diǎn)到斷點(diǎn)處進(jìn)行調(diào)試, 現(xiàn)在用于系統(tǒng)功能的調(diào)用 控制器原理與CPU組織主要內(nèi)容: CPU組成:運(yùn)算器 控制器 數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu) 與外部的連接 CPU工作原理; 指令的執(zhí)行過程微命令發(fā)生器:產(chǎn)生全機(jī)最基本操作的命令 通過電位型與脈沖型(打入寄存器)指令計(jì)數(shù)器PC:順序執(zhí)行 pc+1 轉(zhuǎn)移執(zhí)行 pc先加一再用轉(zhuǎn)移地址修改pc指令寄存器IR: 存放現(xiàn)行指令 操作碼字段>譯碼器>微命令發(fā)生器 地址碼字段>譯碼器,再到微命令發(fā)生器程序狀態(tài)寄存器PSW:指示程序的運(yùn)行方式,反應(yīng)程序運(yùn)行結(jié)果優(yōu)先級(jí):表示程序在執(zhí)行的過程中出現(xiàn) 隨機(jī)請(qǐng)求
15、能否被打斷,優(yōu)先級(jí)是由系統(tǒng)設(shè)置的時(shí)序線路:控制某一操作的時(shí)間與操作時(shí)刻1.先從pc中取指令,然后PC+1,取出指令后送到IR指令寄存器中,IR將操作碼和尋址方式送到譯碼器中,然后由微命令發(fā)生器發(fā)出命令2.時(shí)序控制方式 如IR只在某一時(shí)刻接受傳輸,講解時(shí)序信號(hào)與操作的關(guān)系 工作周期由時(shí)鐘組成,時(shí)鐘周期的長(zhǎng)度是固定不變的,時(shí)鐘由工作脈沖組成,然后取指,取數(shù),執(zhí)行,這寫都是高電平,連續(xù)執(zhí)行,然后在取指階段,又可以分為取出指令與打入pc,也都是高電平連接起來,最后又能分為更小的工作脈沖,在某個(gè)時(shí)間打入IR時(shí)序控制方式及其變化(1)同步控制 定義:各項(xiàng)操作有規(guī)定的時(shí)間執(zhí)行,一到時(shí)間立馬轉(zhuǎn)換下一個(gè)操作各項(xiàng)
16、操作在cpu內(nèi)部由cpu提供控制,在外部設(shè)備與磁盤中是有磁盤控制器提供的。 特點(diǎn):采用同步控制方式的邏輯部件最好執(zhí)行周期時(shí)間接近,這樣掛在cpu總線上不需要等待過多的時(shí)間,提高執(zhí)行效率,當(dāng)然也不是說絕對(duì),相差大的如cpu與外部設(shè)備也可以掛在總線上。 (2)異步控制定義:各項(xiàng)操作按不同需要來安排時(shí)間,不受統(tǒng)一時(shí)序控制 原理:各個(gè)操作之間的銜接和各個(gè)不見之間信息的交換采用異步應(yīng)答的方式,當(dāng)執(zhí)行完某個(gè)操作,則發(fā)出信號(hào),告訴另一個(gè)設(shè)備可以傳送了,兩者之間進(jìn)行應(yīng)答響應(yīng)的方式區(qū)分主設(shè)備與從設(shè)備的概念 在于有沒有總線控制權(quán)總的來說就是相當(dāng)于兩個(gè)人一問一答的方式優(yōu)缺點(diǎn):時(shí)間安排合理,但是控制復(fù)雜,所以在cpu內(nèi)部一般采用同步控制方式應(yīng)用場(chǎng)合:當(dāng)各掛接部件速度差異大,傳送時(shí)間不確定,傳送距離較遠(yuǎn)多采用異步總線操作改進(jìn),每個(gè)控制方式有每個(gè)控制方式的特點(diǎn),所以大多采用將兩者結(jié)合的方式進(jìn)行控制 每個(gè)時(shí)鐘周期的長(zhǎng)度是固定不變的同步方式的變化: 1)不同指令安排不同時(shí)鐘周期數(shù),改變時(shí)鐘周期數(shù),從而改變指令周期 2)總線周期中
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