第4章計(jì)算機(jī)組成原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1、http:/ 4章章 運(yùn)算方法與運(yùn)算器運(yùn)算方法與運(yùn)算器 定點(diǎn)數(shù)的加減運(yùn)算及實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)數(shù)的加減運(yùn)算及實(shí)現(xiàn)4.14.1 定點(diǎn)運(yùn)算器的組成與結(jié)構(gòu)定點(diǎn)運(yùn)算器的組成與結(jié)構(gòu) 定點(diǎn)數(shù)的乘法運(yùn)算及實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)數(shù)的乘法運(yùn)算及實(shí)現(xiàn)4.24.2 定點(diǎn)數(shù)除法運(yùn)算及實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)數(shù)除法運(yùn)算及實(shí)現(xiàn)4.4 浮點(diǎn)運(yùn)算及運(yùn)算器浮點(diǎn)運(yùn)算及運(yùn)算器4.54.5 浮點(diǎn)運(yùn)算器舉例浮點(diǎn)運(yùn)算器舉例 4.64.6 本章小結(jié)本章小結(jié)344.1 4.1 定點(diǎn)數(shù)的加減運(yùn)算及實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)數(shù)的加減運(yùn)算及實(shí)現(xiàn) 補(bǔ)碼加減運(yùn)算與運(yùn)算器補(bǔ)碼加減運(yùn)算與運(yùn)算器 機(jī)器數(shù)的移位運(yùn)算機(jī)器數(shù)的移位運(yùn)算 移碼加減運(yùn)算與判溢移碼加減運(yùn)算與判溢 十進(jìn)制加法運(yùn)算十進(jìn)制加法運(yùn)算一

2、一二二三三四四 MIPSMIPS的加減運(yùn)算的加減運(yùn)算五五5一、補(bǔ)碼加減運(yùn)算與運(yùn)算器一、補(bǔ)碼加減運(yùn)算與運(yùn)算器 補(bǔ)碼加減運(yùn)算方法補(bǔ)碼加減運(yùn)算方法 補(bǔ)碼加減運(yùn)算的溢出判補(bǔ)碼加減運(yùn)算的溢出判斷斷2 2 補(bǔ)碼加減運(yùn)算器的實(shí)現(xiàn)補(bǔ)碼加減運(yùn)算器的實(shí)現(xiàn)3 31 161 1、補(bǔ)碼加減運(yùn)算方法、補(bǔ)碼加減運(yùn)算方法補(bǔ)碼的加減運(yùn)算的公式是補(bǔ)碼的加減運(yùn)算的公式是：nX+YX+Y補(bǔ)補(bǔ) = X= X補(bǔ)補(bǔ) + Y+ Y補(bǔ)補(bǔ)nX-YX-Y補(bǔ)補(bǔ) = X= X補(bǔ)補(bǔ) + -Y+ -Y補(bǔ)補(bǔ)特點(diǎn)：特點(diǎn)：n使用補(bǔ)碼進(jìn)行加減運(yùn)算，使用補(bǔ)碼進(jìn)行加減運(yùn)算，符號(hào)位和數(shù)值位一樣參符號(hào)位和數(shù)值位一樣參加運(yùn)算加運(yùn)算。n補(bǔ)碼的減法可以用加法來(lái)實(shí)現(xiàn)補(bǔ)碼的減法可

3、以用加法來(lái)實(shí)現(xiàn)，任意兩數(shù)之差的，任意兩數(shù)之差的補(bǔ)碼等于被減數(shù)的補(bǔ)碼與減數(shù)相反數(shù)的補(bǔ)碼之和。補(bǔ)碼等于被減數(shù)的補(bǔ)碼與減數(shù)相反數(shù)的補(bǔ)碼之和。注意：注意：該公式不適合任何其他機(jī)器數(shù)編碼（原碼、反碼、該公式不適合任何其他機(jī)器數(shù)編碼（原碼、反碼、移碼）。移碼）。7求補(bǔ)運(yùn)算：求補(bǔ)運(yùn)算：YY補(bǔ)補(bǔ) -Y -Y補(bǔ)補(bǔ) 求補(bǔ)規(guī)則：求補(bǔ)規(guī)則：將將YY補(bǔ)補(bǔ)包括符號(hào)位在內(nèi)每一位取反，包括符號(hào)位在內(nèi)每一位取反，末位加末位加1 1。n若若YY補(bǔ)補(bǔ) = Y0= Y0，Y1Y1Yn Yn ，則：，則：n若若YY補(bǔ)補(bǔ) = Y0.Y1 = Y0.Y1Yn Yn ，則：，則：1YYY-Yn10 補(bǔ)補(bǔ)1YYY-Yn1000 . 0 補(bǔ)補(bǔ)例

4、：例：XX補(bǔ)補(bǔ) =0.1101 =0.1101，則：，則： XX補(bǔ)補(bǔ) = = ？ Y Y補(bǔ)補(bǔ) =1.1101 =1.1101，則：，則： YY補(bǔ)補(bǔ) = = ？8補(bǔ)碼加減運(yùn)算舉例補(bǔ)碼加減運(yùn)算舉例例：例：已知已知X=+1011X=+1011，Y=-0100Y=-0100，用補(bǔ)碼計(jì)算，用補(bǔ)碼計(jì)算X+YX+Y和和X-YX-Y。n寫(xiě)出補(bǔ)碼：寫(xiě)出補(bǔ)碼： X X補(bǔ)補(bǔ) =0,1011 Y =0,1011 Y補(bǔ)補(bǔ) =1,1100 =1,1100 -Y -Y補(bǔ)補(bǔ) =0,0100 =0,0100 n 計(jì)算：計(jì)算： 92 2、補(bǔ)碼加減運(yùn)算的溢出判斷、補(bǔ)碼加減運(yùn)算的溢出判斷 溢出溢出: :當(dāng)運(yùn)算結(jié)果超出機(jī)器數(shù)的表示范圍

5、時(shí)，稱(chēng)為當(dāng)運(yùn)算結(jié)果超出機(jī)器數(shù)的表示范圍時(shí)，稱(chēng)為溢溢出出。 對(duì)于加減運(yùn)算，可能發(fā)生溢出的情況：同號(hào)（兩數(shù)）對(duì)于加減運(yùn)算，可能發(fā)生溢出的情況：同號(hào)（兩數(shù)）相加，或者異號(hào)（兩數(shù)）相減。相加，或者異號(hào)（兩數(shù)）相減。 確定發(fā)生溢出的情況：確定發(fā)生溢出的情況：n正數(shù)相加，且結(jié)果符號(hào)位為正數(shù)相加，且結(jié)果符號(hào)位為1 1；n負(fù)數(shù)相加，且結(jié)果符號(hào)位為負(fù)數(shù)相加，且結(jié)果符號(hào)位為0 0；n正數(shù)負(fù)數(shù)，且結(jié)果符號(hào)位為正數(shù)負(fù)數(shù)，且結(jié)果符號(hào)位為1 1；n負(fù)數(shù)正數(shù)，且結(jié)果符號(hào)位為負(fù)數(shù)正數(shù)，且結(jié)果符號(hào)位為0 0；10常用的判溢方法（補(bǔ)碼加減運(yùn)算）常用的判溢方法（補(bǔ)碼加減運(yùn)算） 單符號(hào)位判溢方法單符號(hào)位判溢方法2 2 n當(dāng)當(dāng)最高有效

6、位最高有效位產(chǎn)生的進(jìn)位和產(chǎn)生的進(jìn)位和符號(hào)位符號(hào)位產(chǎn)生的進(jìn)位產(chǎn)生的進(jìn)位不不同同時(shí)，加減運(yùn)算發(fā)生了溢出。時(shí)，加減運(yùn)算發(fā)生了溢出。nV VC C1 1CCf f 雙符號(hào)位判溢方法雙符號(hào)位判溢方法nX X和和Y Y采用雙符號(hào)位補(bǔ)碼參加運(yùn)算，正數(shù)的雙符號(hào)采用雙符號(hào)位補(bǔ)碼參加運(yùn)算，正數(shù)的雙符號(hào)位為位為0000，負(fù)數(shù)的雙符號(hào)位為，負(fù)數(shù)的雙符號(hào)位為1111；當(dāng)運(yùn)算結(jié)果的；當(dāng)運(yùn)算結(jié)果的兩兩位符號(hào)位符號(hào)S Sf1f1 S Sf2f2不同不同時(shí)（時(shí)（0101或或1010），發(fā)生溢出。），發(fā)生溢出。 nV V S Sf1f1 S Sf2f2= X= Xf f Y Yf f CCf f S Sf f nS Sf1f1

7、S Sf2f2=01=01，則正溢出；，則正溢出；S Sf1f1 S Sf2f2=10=10，則負(fù)溢出，則負(fù)溢出。 11雙符號(hào)位判溢方法舉例雙符號(hào)位判溢方法舉例例：例：用補(bǔ)碼計(jì)算用補(bǔ)碼計(jì)算X+YX+Y和和X-YX-Y （1 1）X=+1000X=+1000，Y=+1001Y=+1001（2 2）X=-1000X=-1000，Y=1001Y=1001Sf1 Sf2=01，正溢出，正溢出Sf1 Sf2=11，無(wú)溢出，無(wú)溢出Sf1 Sf2=00，無(wú)溢出，無(wú)溢出Sf1 Sf2=10，負(fù)溢出，負(fù)溢出123 3、補(bǔ)碼加減運(yùn)算器、補(bǔ)碼加減運(yùn)算器133 3、補(bǔ)碼加減運(yùn)算器的實(shí)現(xiàn)、補(bǔ)碼加減運(yùn)算器的實(shí)現(xiàn) 核心部件

8、：核心部件：一個(gè)普通的二進(jìn)制并行加法器。一個(gè)普通的二進(jìn)制并行加法器。A A：累加器，存放：累加器，存放XX補(bǔ)補(bǔ)；B B：寄存器，存放：寄存器，存放YY補(bǔ)補(bǔ)； 取反電路取反電路: :n =0 =0時(shí)，補(bǔ)碼加法器，將時(shí)，補(bǔ)碼加法器，將B B寄存器直接送寄存器直接送入并行加法器入并行加法器; ;n =1 =1時(shí)，補(bǔ)碼減法器，將時(shí)，補(bǔ)碼減法器，將B B送入并行加法送入并行加法器，同時(shí)，并行加法器的最低位產(chǎn)生進(jìn)位，即器，同時(shí)，并行加法器的最低位產(chǎn)生進(jìn)位，即B B取取反加反加1 1，此時(shí)并行加法器的運(yùn)算相當(dāng)于，此時(shí)并行加法器的運(yùn)算相當(dāng)于AA補(bǔ)補(bǔ)加加-B-B補(bǔ)補(bǔ) ，完成減法運(yùn)算。，完成減法運(yùn)算。SUBADD

9、 /SUBADD /14二、機(jī)器數(shù)的移位運(yùn)算二、機(jī)器數(shù)的移位運(yùn)算v二進(jìn)制數(shù)據(jù)（真值）每相對(duì)于小數(shù)點(diǎn)左移一位，相當(dāng)二進(jìn)制數(shù)據(jù)（真值）每相對(duì)于小數(shù)點(diǎn)左移一位，相當(dāng)于乘以于乘以2 2；每相對(duì)于小數(shù)點(diǎn)右移一位，相當(dāng)于除以；每相對(duì)于小數(shù)點(diǎn)右移一位，相當(dāng)于除以2 2。1.1.計(jì)算機(jī)中的移位運(yùn)算分為：計(jì)算機(jī)中的移位運(yùn)算分為：n邏輯移位：邏輯移位：對(duì)無(wú)符號(hào)數(shù)據(jù)移位，導(dǎo)致無(wú)符號(hào)數(shù)據(jù)的對(duì)無(wú)符號(hào)數(shù)據(jù)移位，導(dǎo)致無(wú)符號(hào)數(shù)據(jù)的數(shù)值（無(wú)正負(fù)）放大或縮小。數(shù)值（無(wú)正負(fù)）放大或縮小。 n算術(shù)移位：算術(shù)移位：對(duì)帶符號(hào)數(shù)據(jù)（機(jī)器數(shù)）移位，在數(shù)值對(duì)帶符號(hào)數(shù)據(jù)（機(jī)器數(shù)）移位，在數(shù)值的絕對(duì)值上進(jìn)行放大或縮小，同時(shí)，符號(hào)位必須要的絕對(duì)值上

10、進(jìn)行放大或縮小，同時(shí)，符號(hào)位必須要保持不變。保持不變。 n循環(huán)移位：循環(huán)移位：所有的數(shù)據(jù)位在自身范圍內(nèi)進(jìn)行左移或所有的數(shù)據(jù)位在自身范圍內(nèi)進(jìn)行左移或者右移，左移時(shí)最高位移入最低位，右移時(shí)最低位者右移，左移時(shí)最高位移入最低位，右移時(shí)最低位移入最高位。移入最高位。 15二、機(jī)器數(shù)的移位運(yùn)算二、機(jī)器數(shù)的移位運(yùn)算補(bǔ)碼的算術(shù)移位補(bǔ)碼的算術(shù)移位n算術(shù)左移：算術(shù)左移：符號(hào)位不變，高位移出，低位補(bǔ)符號(hào)位不變，高位移出，低位補(bǔ)0 0。為保證補(bǔ)碼算術(shù)左移時(shí)不發(fā)生溢出，為保證補(bǔ)碼算術(shù)左移時(shí)不發(fā)生溢出，移位的數(shù)移位的數(shù)據(jù)最高有效位必須與符號(hào)位相同據(jù)最高有效位必須與符號(hào)位相同。在不發(fā)生溢出的前提下，在不發(fā)生溢出的前提下，

11、用硬件實(shí)現(xiàn)補(bǔ)碼的算用硬件實(shí)現(xiàn)補(bǔ)碼的算術(shù)左移時(shí)，直接將數(shù)據(jù)最高有效位移入符號(hào)位，術(shù)左移時(shí)，直接將數(shù)據(jù)最高有效位移入符號(hào)位，不會(huì)改變機(jī)器數(shù)的符號(hào)。不會(huì)改變機(jī)器數(shù)的符號(hào)。n算術(shù)右移：算術(shù)右移：符號(hào)位不變，低位移出，符號(hào)位不變，低位移出，高位正數(shù)補(bǔ)高位正數(shù)補(bǔ)0 0，負(fù)數(shù)補(bǔ)負(fù)數(shù)補(bǔ)1 1，即高位補(bǔ)符號(hào)位。即高位補(bǔ)符號(hào)位。16補(bǔ)碼的算術(shù)移位舉例補(bǔ)碼的算術(shù)移位舉例例：例：設(shè)設(shè)X X0.1001,Y0.1001,Y0.01010.0101，求，求nXX補(bǔ)補(bǔ) ？n2X2X補(bǔ)補(bǔ) ？nX/2X/2補(bǔ)補(bǔ) ？nYY補(bǔ)補(bǔ) ？n2Y2Y補(bǔ)補(bǔ) ？nY/2Y/2補(bǔ)補(bǔ) ？17三、移碼加減運(yùn)算與判溢三、移碼加減運(yùn)算與判溢1.1.移碼

12、和移碼計(jì)算移碼和移碼計(jì)算XX移移 =2 =2n n+X Y+X Y移移 =2 =2n n+Y -2+Y -2n nX2X2n n-1-1XX移移 + Y + Y移移 =2 =2n n+X+2+X+2n n+Y= 2+Y= 2n n+ +（2 2n n +X+Y +X+Y） = 2= 2n n + X+Y + X+Y移移XX移移 + -Y + -Y移移 = 2 = 2n n + X-Y + X-Y移移 2.2.移碼和補(bǔ)碼混合計(jì)算移碼和補(bǔ)碼混合計(jì)算YY補(bǔ)補(bǔ) =2 =2n+1n+1+Y +Y （mod 2mod 2n+1n+1） XX移移 + Y + Y補(bǔ)補(bǔ) = X+Y = X+Y移移 3.3.移碼

13、運(yùn)算結(jié)果判溢：移碼運(yùn)算結(jié)果判溢：雙符號(hào)位雙符號(hào)位nXX移移的最高符號(hào)位恒為的最高符號(hào)位恒為0 0nYY補(bǔ)補(bǔ)采用雙符號(hào)位采用雙符號(hào)位18三、移碼加減運(yùn)算與判溢三、移碼加減運(yùn)算與判溢移碼運(yùn)算結(jié)果溢出的判斷條件是：移碼運(yùn)算結(jié)果溢出的判斷條件是：n當(dāng)結(jié)果的最高符號(hào)位當(dāng)結(jié)果的最高符號(hào)位Sf1=1Sf1=1時(shí)溢出，時(shí)溢出，Sf1=0Sf1=0時(shí)結(jié)果時(shí)結(jié)果正確。正確。Sf1 Sf2=10Sf1 Sf2=10時(shí)，結(jié)果正溢出；時(shí)，結(jié)果正溢出；Sf1 Sf2=11Sf1 Sf2=11時(shí)，結(jié)果負(fù)溢出。時(shí)，結(jié)果負(fù)溢出。n由于移碼運(yùn)算用于浮點(diǎn)數(shù)的階碼，當(dāng)運(yùn)算結(jié)果正由于移碼運(yùn)算用于浮點(diǎn)數(shù)的階碼，當(dāng)運(yùn)算結(jié)果正溢出時(shí)，浮點(diǎn)數(shù)

14、溢出時(shí)，浮點(diǎn)數(shù)上溢上溢；當(dāng)運(yùn)算結(jié)果負(fù)溢出時(shí)，??；當(dāng)運(yùn)算結(jié)果負(fù)溢出時(shí)，浮點(diǎn)數(shù)點(diǎn)數(shù)下溢，當(dāng)作機(jī)器零處理下溢，當(dāng)作機(jī)器零處理。 19舉例舉例: :vX=+1000X=+1000，Y=+1001Y=+1001，用移碼計(jì)算，用移碼計(jì)算X+YX+Y和和X-YX-Y。v解解: : X X移移 = 01= 01，1000 1000 Y Y補(bǔ)補(bǔ) = 00= 00，1001 -Y1001 -Y補(bǔ)補(bǔ) =11=11，01110111 X+YX+Y移移 =X=X移移 + Y+ Y補(bǔ)補(bǔ) = 01 = 01，1000 + 001000 + 00，1001=101001=10，0001 0001 最高符號(hào)位為最高符號(hào)位為1

15、1，溢出，最低符號(hào)位為，溢出，最低符號(hào)位為0 0，正溢出。，正溢出。 X-YX-Y移移 =X=X移移 + -Y+ -Y補(bǔ)補(bǔ) = 01 = 01，1000 + 111000 + 11，0111= 000111= 00，1111 1111 最高符號(hào)位為最高符號(hào)位為0 0，無(wú)溢出，無(wú)溢出，X-Y= -1X-Y= -1。20四、十進(jìn)制加法運(yùn)算四、十進(jìn)制加法運(yùn)算1.1.計(jì)算機(jī)中的十進(jìn)制加法器通常采用計(jì)算機(jī)中的十進(jìn)制加法器通常采用BCDBCD碼設(shè)計(jì)，在二碼設(shè)計(jì)，在二進(jìn)制加法器的基礎(chǔ)上，加上適當(dāng)?shù)男Ｕ娐罚梢詫?shí)進(jìn)制加法器的基礎(chǔ)上，加上適當(dāng)?shù)男Ｕ娐罚梢詫?shí)現(xiàn)現(xiàn)BCDBCD碼的加法器。碼的加法器。2.2.對(duì)

16、于對(duì)于8421BCD8421BCD碼來(lái)說(shuō)，當(dāng)相加的兩數(shù)之和碼來(lái)說(shuō)，當(dāng)相加的兩數(shù)之和S9S9時(shí)，加時(shí)，加6 6校正；當(dāng)校正；當(dāng)S9S9時(shí)，且無(wú)進(jìn)位時(shí)，結(jié)果正確，不需校正。時(shí)，且無(wú)進(jìn)位時(shí)，結(jié)果正確，不需校正。 21五、五、MIPSMIPS的加減法指令以及溢出判斷的加減法指令以及溢出判斷1 1、指令、指令v加（加（addadd）、立即數(shù)加（）、立即數(shù)加（addiaddi）、減法（）、減法（subsub）溢出）溢出時(shí)引起中斷；時(shí)引起中斷；v無(wú)符號(hào)數(shù)加（無(wú)符號(hào)數(shù)加（adduaddu）、無(wú)符號(hào)數(shù)立即數(shù)加）、無(wú)符號(hào)數(shù)立即數(shù)加（addiuaddiu）、無(wú)符號(hào)數(shù)減法（）、無(wú)符號(hào)數(shù)減法（subusubu）在溢出時(shí)

17、不引）在溢出時(shí)不引起中斷。起中斷。22MIPSMIPS的加減法運(yùn)算舉例的加減法運(yùn)算舉例v add $t0,$t1,$t2 add $t0,$t1,$t2 # $t0 = $t1 + $t2; # $t0 = $t1 + $t2; 有符號(hào)數(shù)的加法運(yùn)算有符號(hào)數(shù)的加法運(yùn)算 v sub $t2,$t3,$t4 sub $t2,$t3,$t4 # $t2 = $t3 - $t4 # $t2 = $t3 - $t4 有符號(hào)數(shù)的減法運(yùn)算有符號(hào)數(shù)的減法運(yùn)算v addi $t2,$t3, 5 addi $t2,$t3, 5 # $t2 = $t3 + 5; # $t2 = $t3 + 5; 操作數(shù)是立即數(shù)的加法

18、運(yùn)算操作數(shù)是立即數(shù)的加法運(yùn)算v addu $t1,$t6,$t7 addu $t1,$t6,$t7 # $t1 = $t6 + $t7; # $t1 = $t6 + $t7; 無(wú)符號(hào)數(shù)的加法運(yùn)算無(wú)符號(hào)數(shù)的加法運(yùn)算v subu $t1,$t6,$t7 subu $t1,$t6,$t7 # $t1 = $t6 - $t7; # $t1 = $t6 - $t7; 無(wú)符號(hào)數(shù)的減法運(yùn)算無(wú)符號(hào)數(shù)的減法運(yùn)算23MIPSMIPS的加減法指令以及溢出判斷的加減法指令以及溢出判斷2 2、測(cè)試溢出程序舉例、測(cè)試溢出程序舉例n無(wú)無(wú)符號(hào)數(shù)加法（符號(hào)數(shù)加法（$t0=$t1+$t2),$t0=$t1+$t2),判溢出測(cè)試程

19、序：判溢出測(cè)試程序：vaddu $t0,$t1,$t2addu $t0,$t1,$t2vnor $t3,$t1,$zeronor $t3,$t1,$zero#$t3=($t1|0)#$t3=($t1|0)按位或非，即按位或非，即$t3= not $t1=2$t3= not $t1=23232-1-$t1-1-$t1vsltu #t3,$t3,$t2sltu #t3,$t3,$t2# if($t3=2# if($t3=23232-1-$t1)$t2 -1-$t1)$t2 即（即（2 23232-1-1） （$t1+$t2$t1+$t2）, ,# then $t3=1;else $t3=0# th

20、en $t3=1;else $t3=0vbne $t3,$zero,Overflowbne $t3,$zero,Overflow# if $t3# if $t300 則溢出則溢出24MIPSMIPS的加減法指令以及溢出判斷的加減法指令以及溢出判斷n有有符號(hào)數(shù)加法符號(hào)數(shù)加法（$t0=$t1+$t2),$t0=$t1+$t2),判溢出測(cè)試程序：判溢出測(cè)試程序：vaddu $t0,$t1,$t2addu $t0,$t1,$t2#$t0=sum,#$t0=sum,但是沒(méi)有陷入異常但是沒(méi)有陷入異常vxor $t3,$t1,$t2 #xor $t3,$t1,$t2 #檢查檢查2 2個(gè)操作數(shù)符號(hào)是否不同個(gè)操

21、作數(shù)符號(hào)是否不同vslt slt $t3$t3, ,$t3$t3,$zero,$zero# #小于比較，補(bǔ)碼表示，小于比較，補(bǔ)碼表示，if if $t3$t30,then 0,then $t3$t3=1,else =1,else $t3$t3=0,=0,即符號(hào)不同即符號(hào)不同$t3$t3=1=1vbne $t3,$zero,No_overflowbne $t3,$zero,No_overflow# if $t3# if $t30,then go to 0,then go to No_overflow(No_overflowNo_overflow(No_overflow的地址是的地址是PCPC+4

22、+PCPC+4+符號(hào)位擴(kuò)展符號(hào)位擴(kuò)展immediate2immediate2，即當(dāng)前指令的下一，即當(dāng)前指令的下一條指令地址條指令地址+ +符號(hào)位擴(kuò)展符號(hào)位擴(kuò)展immediate2)immediate2)即即$t1$t1和和$t2$t2符號(hào)不同，則不會(huì)溢出符號(hào)不同，則不會(huì)溢出25MIPSMIPS的加減法指令以及溢出判斷的加減法指令以及溢出判斷vxor $t3,$t0,$t1xor $t3,$t0,$t1# # 如果如果$t1$t1和和$t2$t2符號(hào)相同，那么它們與和的符號(hào)符號(hào)相同，那么它們與和的符號(hào)也相同嗎？如果不同，則也相同嗎？如果不同，則$t30$t30 0 時(shí)，時(shí)，XXY Y 補(bǔ)補(bǔ) =

23、X = X補(bǔ)補(bǔ)YY補(bǔ)補(bǔ) =X=X補(bǔ)補(bǔ)（0 0.Y.Y1 1Y Yn n）50 補(bǔ)碼一位乘法補(bǔ)碼一位乘法校正法校正法n當(dāng)被乘數(shù)當(dāng)被乘數(shù)X X的符號(hào)任意，的符號(hào)任意，Y Y為負(fù)數(shù)時(shí)：為負(fù)數(shù)時(shí)：YY補(bǔ)補(bǔ) = 2 + Y = 1 .Y = 2 + Y = 1 .Y1 1Y Yn n則：則：Y = Y = YY補(bǔ)補(bǔ) 2 = 2 = 0 0.Y.Y1 1Y Yn n -1 -1XXY Y 補(bǔ)補(bǔ) = = X X0 0.Y.Y1 1Y Yn n XX補(bǔ)補(bǔ) = = X X0 0.Y.Y1 1Y Yn n 補(bǔ)補(bǔ) + +XX補(bǔ)補(bǔ)因?yàn)橐驗(yàn)? 0.Y.Y1 1Y Yn n 0 0，所以：，所以： X X0 0.Y.Y1

24、 1Y Yn n 補(bǔ)補(bǔ) = =XX補(bǔ)補(bǔ)（0 0.Y.Y1 1Y Yn n）所以：所以：Y Y0=0=0，商的第，商的第i i位上位上1 1，并執(zhí)行操作：，并執(zhí)行操作：余數(shù)左移一位，再減余數(shù)左移一位，再減|Y|Y|，得，得R Ri+1i+1，則：，則：R Ri i1 1=2R=2Ri i|Y|Y|733 3、原碼不恢復(fù)余數(shù)算法、原碼不恢復(fù)余數(shù)算法如果如果R Ri i00E0，則，則E EX XEEY Y，M MY Y每右移一位，每右移一位，E EY Y+1+1，直至，直至 E EY Y=E=EX X 。若若E0E0，則，則E EX XEEY Y，M MX X每右移一位，每右移一位，E EX X+

25、1+1，直至，直至E EX X=E=EY Y 。n尾數(shù)相加減尾數(shù)相加減111浮點(diǎn)加減運(yùn)算步驟浮點(diǎn)加減運(yùn)算步驟n結(jié)果規(guī)格化結(jié)果規(guī)格化：尾數(shù)運(yùn)算的結(jié)果可能出現(xiàn)兩種：尾數(shù)運(yùn)算的結(jié)果可能出現(xiàn)兩種非規(guī)格化情況：非規(guī)格化情況：尾數(shù)溢出：需要尾數(shù)溢出：需要右規(guī)（右規(guī)（1 1次）次），即尾數(shù)右移，即尾數(shù)右移1 1位，階碼位，階碼1 1| |尾數(shù)尾數(shù)| 2| 0E=30，將，將M MY Y右移右移3 3位，位，E EY Y加加3 3：YY浮浮 = 00= 00，001 00.0001100 001 00.0001100 （101101）一、浮點(diǎn)加減運(yùn)算一、浮點(diǎn)加減運(yùn)算116n尾數(shù)相加：尾數(shù)相加： M MZ Z

26、補(bǔ)補(bǔ) = = 11.100000111.1000001（101101）n結(jié)果規(guī)格化：左規(guī)一位，無(wú)溢出：結(jié)果規(guī)格化：左規(guī)一位，無(wú)溢出：MMZ Z 補(bǔ)補(bǔ) = = 11.000001111.0000011（0101） EEZ Z 補(bǔ)補(bǔ) = 00 = 00，001 + 11001 + 11，111= 00111= 00，000000n舍入：按照舍入：按照0 0舍舍1 1入法，尾數(shù)多余位舍去入法，尾數(shù)多余位舍去n結(jié)果為：結(jié)果為：ZZ浮浮 = 0= 0，000 1.0000011000 1.0000011一、浮點(diǎn)加減運(yùn)算一、浮點(diǎn)加減運(yùn)算117二、浮點(diǎn)乘法運(yùn)算二、浮點(diǎn)乘法運(yùn)算假設(shè)兩個(gè)浮點(diǎn)數(shù)假設(shè)兩個(gè)浮點(diǎn)數(shù)X

27、X和和Y Y：XEX2MXYEY2MY)E(EYXYX2)MM(YXZ118v浮點(diǎn)乘法運(yùn)算步驟浮點(diǎn)乘法運(yùn)算步驟n0 0操作數(shù)檢查操作數(shù)檢查n階碼相加階碼相加：階碼相加可以采用補(bǔ)碼或者移：階碼相加可以采用補(bǔ)碼或者移碼的定點(diǎn)整數(shù)加法，同時(shí)對(duì)相加結(jié)果判溢，碼的定點(diǎn)整數(shù)加法，同時(shí)對(duì)相加結(jié)果判溢，一旦發(fā)生正溢出，則需報(bào)告溢出，若發(fā)生負(fù)一旦發(fā)生正溢出，則需報(bào)告溢出，若發(fā)生負(fù)溢出，則將結(jié)果置為機(jī)器零。溢出，則將結(jié)果置為機(jī)器零。n尾數(shù)相乘尾數(shù)相乘n結(jié)果規(guī)格化結(jié)果規(guī)格化：可能需要左規(guī)：可能需要左規(guī)1 1位位n舍入處理：舍入處理：尾數(shù)相乘的結(jié)果長(zhǎng)度是尾數(shù)長(zhǎng)尾數(shù)相乘的結(jié)果長(zhǎng)度是尾數(shù)長(zhǎng)度的兩倍，必須對(duì)低位舍入。度的兩

28、倍，必須對(duì)低位舍入。 二、浮點(diǎn)乘法運(yùn)算二、浮點(diǎn)乘法運(yùn)算119浮點(diǎn)數(shù)乘法運(yùn)算流程浮點(diǎn)數(shù)乘法運(yùn)算流程120二、浮點(diǎn)乘法運(yùn)算（舉例）二、浮點(diǎn)乘法運(yùn)算（舉例）例：例：一浮點(diǎn)數(shù)表示格式為：一浮點(diǎn)數(shù)表示格式為：1010位浮點(diǎn)數(shù)，階碼位浮點(diǎn)數(shù)，階碼4 4位，包位，包含含1 1位階符，用移碼表示，尾數(shù)位階符，用移碼表示，尾數(shù)6 6位，包含位，包含1 1位數(shù)符，位數(shù)符，用補(bǔ)碼表示，階碼在前，尾數(shù)（包括數(shù)符）在后，用補(bǔ)碼表示，階碼在前，尾數(shù)（包括數(shù)符）在后，已知：已知：X=X=（-0.11001-0.11001）2 2011011 Y Y=0.10011=0.100112 2-001-001 ，求，求Z=XZ=X

29、Y Y。要求階碼用移碼計(jì)算，尾數(shù)用補(bǔ)碼要求階碼用移碼計(jì)算，尾數(shù)用補(bǔ)碼BoothBooth算法計(jì)算。算法計(jì)算。解：解：按照浮點(diǎn)數(shù)的格式分別寫(xiě)出它們的表示形式，為計(jì)按照浮點(diǎn)數(shù)的格式分別寫(xiě)出它們的表示形式，為計(jì)算方便，階碼采用雙符號(hào)位移碼，尾數(shù)采用雙符號(hào)算方便，階碼采用雙符號(hào)位移碼，尾數(shù)采用雙符號(hào)位補(bǔ)碼：位補(bǔ)碼：XX浮浮 = 01= 01，011 11.00111011 11.00111YY浮浮 = 00= 00，111 00.10011111 00.10011121舉例舉例階碼相加階碼相加 E EZ Z 移移=E=EX X 移移+E+EY Y 補(bǔ)補(bǔ) =01,011 + 11,111 =01,011

30、 + 11,111 =01,010 =01,010 無(wú)溢出無(wú)溢出 E EZ Z 移移 =1=1，010010尾數(shù)相乘尾數(shù)相乘 采用補(bǔ)碼采用補(bǔ)碼BoothBooth算法算法計(jì)算計(jì)算MMX X M MY Y 補(bǔ)補(bǔ)： M MX X 補(bǔ)補(bǔ) = 11.00111 = 11.00111 M MY Y 補(bǔ)補(bǔ) = 0.10011 = 0.10011 -M -MX X 補(bǔ)補(bǔ)= 00.11001 = 00.11001 MZ補(bǔ)補(bǔ)= 1.10001 00101122二、浮點(diǎn)乘法運(yùn)算（舉例）二、浮點(diǎn)乘法運(yùn)算（舉例）-MX-MX補(bǔ)補(bǔ) = 00.11001 = 00.11001 MZMZ補(bǔ)補(bǔ)= 1.10001 00101

31、= 1.10001 00101 結(jié)果規(guī)格化結(jié)果規(guī)格化MZMZ左規(guī)一次得：左規(guī)一次得：MZ MZ 補(bǔ)補(bǔ)= 1.00010 01010 = 1.00010 01010 EZEZ減減1 1得：得：EZEZ移移 = 01= 01，010 + 11010 + 11，111 =01111 =01，001001 舍入舍入對(duì)尾數(shù)對(duì)尾數(shù)MZMZ進(jìn)行進(jìn)行0 0舍舍1 1入，最后得入，最后得 ZZ浮浮 = 1= 1，001 1.00010001 1.00010123三、浮點(diǎn)除法運(yùn)算三、浮點(diǎn)除法運(yùn)算假設(shè)兩個(gè)浮點(diǎn)數(shù)假設(shè)兩個(gè)浮點(diǎn)數(shù)X X和和Y Y：XEX2MX YEY2MY )(YXE(EYX2MMYXZ 124v浮點(diǎn)數(shù)

32、除法運(yùn)算步驟浮點(diǎn)數(shù)除法運(yùn)算步驟n0 0操作數(shù)檢查操作數(shù)檢查當(dāng)除數(shù)為當(dāng)除數(shù)為0 0，則報(bào)告除法出錯(cuò)，或者結(jié)果，則報(bào)告除法出錯(cuò)，或者結(jié)果（商）無(wú)窮大；（商）無(wú)窮大；當(dāng)被除數(shù)為當(dāng)被除數(shù)為0 0，則商為，則商為0 0。n階碼相減階碼相減階碼相減的結(jié)果也可能溢出，若發(fā)生正溢出，階碼相減的結(jié)果也可能溢出，若發(fā)生正溢出，則需報(bào)告浮點(diǎn)數(shù)溢出，若發(fā)生負(fù)溢出，則將則需報(bào)告浮點(diǎn)數(shù)溢出，若發(fā)生負(fù)溢出，則將結(jié)果置為機(jī)器零。結(jié)果置為機(jī)器零。n尾數(shù)相除尾數(shù)相除n結(jié)果規(guī)格化結(jié)果規(guī)格化n舍入處理舍入處理 浮點(diǎn)數(shù)除法運(yùn)算步驟浮點(diǎn)數(shù)除法運(yùn)算步驟125浮點(diǎn)數(shù)除法運(yùn)算流程浮點(diǎn)數(shù)除法運(yùn)算流程126三、浮點(diǎn)除法運(yùn)算（舉例）三、浮點(diǎn)除法運(yùn)算

33、（舉例）例：例：一浮點(diǎn)數(shù)表示格式為：一浮點(diǎn)數(shù)表示格式為：1010位浮點(diǎn)數(shù)，階碼位浮點(diǎn)數(shù)，階碼4 4位，包位，包含含1 1位階符，用移碼表示，尾數(shù)位階符，用移碼表示，尾數(shù)6 6位，包含位，包含1 1位數(shù)符，位數(shù)符，用補(bǔ)碼表示，階碼在前，尾數(shù)（包括數(shù)符）在后，用補(bǔ)碼表示，階碼在前，尾數(shù)（包括數(shù)符）在后，已知：已知： X=X=（-0.11001-0.11001）2 2011011 Y Y=0.10011=0.100112 2-001-001，求，求Z=XZ=XY Y。要求階碼用移碼計(jì)算，尾數(shù)用原碼加減交。要求階碼用移碼計(jì)算，尾數(shù)用原碼加減交替除法計(jì)算。替除法計(jì)算。解：解：按照浮點(diǎn)數(shù)的格式分別寫(xiě)出它們

34、的表示形式為：按照浮點(diǎn)數(shù)的格式分別寫(xiě)出它們的表示形式為： XX浮浮 = 1= 1，011 1.00111 Y011 1.00111 Y浮浮 = 0= 0，111 0.10011111 0.10011 階碼相減階碼相減EZEZ移移 = EX= EX移移 +-EY+-EY補(bǔ)補(bǔ) = 01= 01，011 + 00011 + 00，001 = 01001 = 01，100100127舉例舉例尾數(shù)相除尾數(shù)相除采用原碼加減交替法計(jì)采用原碼加減交替法計(jì)算算|MX| |MX| |MY|MY|，首，首先寫(xiě)出下例數(shù)據(jù)：先寫(xiě)出下例數(shù)據(jù)：|MX| = 00.11001 |MX| = 00.11001 |MY| = 0

35、0.10011 |MY| = 00.10011 -|MY|-|MY|補(bǔ)補(bǔ) = 11.01101 = 11.01101 |MZ| =|MX| |MZ| =|MX| |MY| = |MY| = 1.01010 1.01010 128三、浮點(diǎn)除法運(yùn)算（舉例）三、浮點(diǎn)除法運(yùn)算（舉例）結(jié)果規(guī)格化結(jié)果規(guī)格化由于由于|MX|MY|MX|MY|，所以，所以|MZ|1|MZ|1，必須右規(guī)一位，得，必須右規(guī)一位，得|MZ| = |MZ| = 0.10101 00.10101 0EZEZ加加1 1得：得：EZEZ移移 = 01= 01，100 + 00100 + 00，001 001 = 01 = 01，10110

36、1舍入舍入對(duì)對(duì)|MZ|MZ|進(jìn)行進(jìn)行0 0舍舍1 1入，得入，得|MZ| = 0.10101 MZ|MZ| = 0.10101 MZ原原 = = 1.10101 MZ1.10101 MZ補(bǔ)補(bǔ) = 1.01011= 1.01011最后：最后：ZZ浮浮 = 1= 1，101 1.01011101 1.01011129四、浮點(diǎn)運(yùn)算器四、浮點(diǎn)運(yùn)算器130四、浮點(diǎn)運(yùn)算器四、浮點(diǎn)運(yùn)算器v 浮點(diǎn)運(yùn)算復(fù)雜程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于定點(diǎn)運(yùn)算。浮點(diǎn)運(yùn)算復(fù)雜程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于定點(diǎn)運(yùn)算。v 根據(jù)性能要求和需要來(lái)確定是否設(shè)置浮點(diǎn)運(yùn)算器。根據(jù)性能要求和需要來(lái)確定是否設(shè)置浮點(diǎn)運(yùn)算器。v 在在沒(méi)有浮點(diǎn)運(yùn)算器沒(méi)有浮點(diǎn)運(yùn)算器的機(jī)器中，基于一定的定點(diǎn)

37、運(yùn)算部的機(jī)器中，基于一定的定點(diǎn)運(yùn)算部件，可以按照上述浮點(diǎn)運(yùn)算的算法件，可以按照上述浮點(diǎn)運(yùn)算的算法用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。這。這種方法速度較慢。種方法速度較慢。v 浮點(diǎn)運(yùn)算器浮點(diǎn)運(yùn)算器由兩個(gè)松散連接的定點(diǎn)運(yùn)算部件組成由兩個(gè)松散連接的定點(diǎn)運(yùn)算部件組成：階階碼運(yùn)算部件和尾數(shù)運(yùn)算部件碼運(yùn)算部件和尾數(shù)運(yùn)算部件。 階碼運(yùn)算部件要求具有加減運(yùn)算和階碼運(yùn)算部件要求具有加減運(yùn)算和+1+1、-1-1的功能的功能 尾數(shù)運(yùn)算部件要求具有加減乘除四則運(yùn)算和移位的尾數(shù)運(yùn)算部件要求具有加減乘除四則運(yùn)算和移位的功能。功能。 1314.6 4.6 浮點(diǎn)運(yùn)算器舉例浮點(diǎn)運(yùn)算器舉例 80X8780X87算術(shù)協(xié)處理器算術(shù)協(xié)處理器 浮

38、點(diǎn)運(yùn)算流水線浮點(diǎn)運(yùn)算流水線一一二二 MIPSMIPS的浮點(diǎn)操作的浮點(diǎn)操作三三132一、一、 80X8780X87算術(shù)協(xié)處理器算術(shù)協(xié)處理器v 算術(shù)協(xié)處理器是一個(gè)特殊用途的微處理器，專(zhuān)門(mén)是為算術(shù)協(xié)處理器是一個(gè)特殊用途的微處理器，專(zhuān)門(mén)是為有效地執(zhí)行算術(shù)或超越函數(shù)的運(yùn)算而設(shè)計(jì)的。有效地執(zhí)行算術(shù)或超越函數(shù)的運(yùn)算而設(shè)計(jì)的。v 微處理器截取和執(zhí)行常規(guī)指令系統(tǒng)中的指令，而協(xié)處微處理器截取和執(zhí)行常規(guī)指令系統(tǒng)中的指令，而協(xié)處理器只截取和執(zhí)行協(xié)處理器指令。協(xié)處理器指令實(shí)際理器只截取和執(zhí)行協(xié)處理器指令。協(xié)處理器指令實(shí)際上是換碼（上是換碼（ESCESC）指令，微處理器使用這些指令為協(xié)）指令，微處理器使用這些指令為協(xié)處理

39、器產(chǎn)生一個(gè)內(nèi)存地址，使得協(xié)處理器可以執(zhí)行協(xié)處理器產(chǎn)生一個(gè)內(nèi)存地址，使得協(xié)處理器可以執(zhí)行協(xié)處理器指令處理器指令 1338038780387的主要性能和結(jié)構(gòu)的主要性能和結(jié)構(gòu)8038780387的性能的性能 可與配套的可與配套的CPUCPU芯片異步并行工作芯片異步并行工作 支持多種數(shù)據(jù)類(lèi)型支持多種數(shù)據(jù)類(lèi)型 具有高性能的具有高性能的8080位字長(zhǎng)的體系結(jié)構(gòu)位字長(zhǎng)的體系結(jié)構(gòu) 具有出色的內(nèi)部出錯(cuò)管理功能，能檢測(cè)出具有出色的內(nèi)部出錯(cuò)管理功能，能檢測(cè)出6 6種種錯(cuò)誤錯(cuò)誤 可在可在80386/8048680386/80486微機(jī)系統(tǒng)的兩種工作模式下微機(jī)系統(tǒng)的兩種工作模式下運(yùn)行運(yùn)行 擴(kuò)展了擴(kuò)展了80386/804

40、8680386/80486的指令系統(tǒng)的指令系統(tǒng) 1348038780387支持的支持的7 7種數(shù)據(jù)類(lèi)型及其格式種數(shù)據(jù)類(lèi)型及其格式 數(shù)據(jù)類(lèi)型數(shù)據(jù)類(lèi)型數(shù)據(jù)格式數(shù)據(jù)格式說(shuō)明說(shuō)明單字整數(shù)（單字整數(shù)（16位整數(shù)）位整數(shù)）二進(jìn)制補(bǔ)碼二進(jìn)制補(bǔ)碼短整數(shù)（短整數(shù)（32位整數(shù)）位整數(shù)）二進(jìn)制補(bǔ)碼二進(jìn)制補(bǔ)碼長(zhǎng)整數(shù)（長(zhǎng)整數(shù)（64位整數(shù)）位整數(shù)）二進(jìn)制補(bǔ)碼二進(jìn)制補(bǔ)碼短實(shí)數(shù)（短實(shí)數(shù)（32位浮點(diǎn)數(shù)）位浮點(diǎn)數(shù)）單精度浮點(diǎn)數(shù)單精度浮點(diǎn)數(shù)長(zhǎng)實(shí)數(shù)（長(zhǎng)實(shí)數(shù)（64位浮點(diǎn)數(shù)）位浮點(diǎn)數(shù)）雙精度浮點(diǎn)數(shù)雙精度浮點(diǎn)數(shù)臨時(shí)實(shí)數(shù)（臨時(shí)實(shí)數(shù)（80位浮點(diǎn)位浮點(diǎn)數(shù)）數(shù)）臨時(shí)浮點(diǎn)數(shù)臨時(shí)浮點(diǎn)數(shù)十進(jìn)制數(shù)串（十進(jìn)制數(shù)串（80位）位）18位位BCD碼碼S31位位S

41、63位位S階碼（階碼（8位）位） 尾數(shù)（尾數(shù)（23位）位）S階碼（階碼（11位）位） 尾數(shù)（尾數(shù)（52位）位）S階碼（階碼（15位）位） 尾數(shù)（尾數(shù)（64位）位）S（7位）位） d17 d16d1 d0S15位位S符號(hào)位；符號(hào)位；3種種浮點(diǎn)數(shù)均符合浮點(diǎn)數(shù)均符合IEEE754標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)，即階碼的底為即階碼的底為2，階碼值用移碼表階碼值用移碼表示，尾數(shù)用原碼示，尾數(shù)用原碼表示表示1358038780387的主要性能和結(jié)構(gòu)的主要性能和結(jié)構(gòu)8038780387的結(jié)構(gòu)：分為兩個(gè)單元。的結(jié)構(gòu)：分為兩個(gè)單元。n控制單元控制單元（Control UnitControl Unit，CUCU）將協(xié)處理器連）將協(xié)處

42、理器連接到微處理器系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線上。微處理器和協(xié)接到微處理器系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線上。微處理器和協(xié)處理器均監(jiān)視指令流，如果為處理器均監(jiān)視指令流，如果為ESCESC指令，則由協(xié)指令，則由協(xié)處理器予以執(zhí)行。處理器予以執(zhí)行。1368038780387的主要性能和結(jié)構(gòu)的主要性能和結(jié)構(gòu)8038780387的結(jié)構(gòu)：分為兩個(gè)單元。的結(jié)構(gòu)：分為兩個(gè)單元。n數(shù)字執(zhí)行單元數(shù)字執(zhí)行單元（Numeric Execution unitNumeric Execution unit，NEUNEU）負(fù)責(zé)執(zhí)行所有協(xié)處理器指令。）負(fù)責(zé)執(zhí)行所有協(xié)處理器指令。 NEUNEU中有一個(gè)由中有一個(gè)由8 8個(gè)個(gè)8080位寄存器構(gòu)成的堆棧，位寄存器構(gòu)成的

43、堆棧，用于存儲(chǔ)算術(shù)指令的操作數(shù)和結(jié)果。用于存儲(chǔ)算術(shù)指令的操作數(shù)和結(jié)果。 NEUNEU中還包含狀態(tài)寄存器、控制寄存器、標(biāo)中還包含狀態(tài)寄存器、控制寄存器、標(biāo)記寄存器和異常指針寄存器。記寄存器和異常指針寄存器。 FSTSWAXFSTSWAX指令是協(xié)處理器允許通過(guò)指令是協(xié)處理器允許通過(guò)AXAX寄存器寄存器和微處理器直接通信的唯一指令。和微處理器直接通信的唯一指令。1378038780387內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 138寄存器堆棧寄存器堆棧 8038780387包含包含8 8個(gè)寄存器個(gè)寄存器，每個(gè)為，每個(gè)為8080位位寬，它們首尾相寬，它們首尾相接，組成一個(gè)接，組成一個(gè)“先進(jìn)后出先進(jìn)后出”的寄存器堆棧

44、。這些堆的寄存器堆棧。這些堆棧寄存器中總是棧寄存器中總是包含一個(gè)包含一個(gè)8080位的擴(kuò)展精度浮點(diǎn)數(shù)位的擴(kuò)展精度浮點(diǎn)數(shù)。數(shù)據(jù)只有駐留在內(nèi)存時(shí)才可能是任何其他格式。當(dāng)數(shù)據(jù)只有駐留在內(nèi)存時(shí)才可能是任何其他格式。當(dāng)數(shù)據(jù)從內(nèi)存中移到協(xié)處理器的寄存器堆棧中時(shí)，協(xié)數(shù)據(jù)從內(nèi)存中移到協(xié)處理器的寄存器堆棧中時(shí)，協(xié)處理器將這些帶符號(hào)的整數(shù)、處理器將這些帶符號(hào)的整數(shù)、BCDBCD數(shù)、單精度或雙精數(shù)、單精度或雙精度數(shù)轉(zhuǎn)換為擴(kuò)展精度浮點(diǎn)數(shù)。度數(shù)轉(zhuǎn)換為擴(kuò)展精度浮點(diǎn)數(shù)。 8 8個(gè)寄存器編號(hào)為個(gè)寄存器編號(hào)為0-70-7，處于棧頂?shù)募拇嫫鞣Q(chēng)為，處于棧頂?shù)募拇嫫鞣Q(chēng)為棧頂棧頂寄存器寄存器，它的，它的編號(hào)由狀態(tài)寄存器的編號(hào)由狀態(tài)寄存器

45、的TOPTOP字段指出字段指出。在。在協(xié)處理器指令中，用協(xié)處理器指令中，用STST表示棧頂寄存器，用表示棧頂寄存器，用STST（i i）（i=1-7i=1-7）訪問(wèn)相對(duì)于棧頂寄存器偏移量為）訪問(wèn)相對(duì)于棧頂寄存器偏移量為i i的寄存的寄存器，即器，即i i是偏移量，而不是寄存器實(shí)際的編號(hào)。是偏移量，而不是寄存器實(shí)際的編號(hào)。139狀態(tài)寄存器狀態(tài)寄存器v狀態(tài)寄存器反映協(xié)處理器所有指令的運(yùn)行情況。狀態(tài)寄存器反映協(xié)處理器所有指令的運(yùn)行情況。只在只在8018780187以上的以上的更高型號(hào)中使用更高型號(hào)中使用 140狀態(tài)寄存器狀態(tài)寄存器nB B忙位忙位（busy bitbusy bit）表明協(xié)處理器正忙于

46、執(zhí)行一項(xiàng)）表明協(xié)處理器正忙于執(zhí)行一項(xiàng)任務(wù)，通過(guò)檢測(cè)狀態(tài)寄存器或者使用任務(wù)，通過(guò)檢測(cè)狀態(tài)寄存器或者使用FWAITFWAIT指令均指令均可測(cè)試忙位。由于較新的協(xié)處理器自動(dòng)與微處理器可測(cè)試忙位。由于較新的協(xié)處理器自動(dòng)與微處理器同步，所以在執(zhí)行其他協(xié)處理器任務(wù)之前不必測(cè)試同步，所以在執(zhí)行其他協(xié)處理器任務(wù)之前不必測(cè)試忙標(biāo)志。忙標(biāo)志。nC3C3C0C0 條件碼位條件碼位(condition code bit(condition code bit），表明了），表明了協(xié)處理器的條件。協(xié)處理器的條件。nTOPTOP棧頂棧頂（top-of-stacktop-of-stack，STST）位表示當(dāng)前尋）位表示當(dāng)前尋址

47、為棧頂?shù)募拇嫫?，通常是寄存器址為棧頂?shù)募拇嫫?，通常是寄存器STST（0 0）。nESES錯(cuò)誤匯總錯(cuò)誤匯總（error summaryerror summary）位，當(dāng)任何一）位，當(dāng)任何一個(gè)非屏蔽的錯(cuò)誤位（個(gè)非屏蔽的錯(cuò)誤位（PEPE、UEUE、OEOE、ZEZE、DEDE或或IEIE）被）被置位時(shí)，則置位時(shí)，則ESES被置位。在被置位。在80878087協(xié)處理器中該位也可協(xié)處理器中該位也可引起協(xié)處理器中斷。但從引起協(xié)處理器中斷。但從8018780187開(kāi)始，不再有協(xié)處開(kāi)始，不再有協(xié)處理器中斷。理器中斷。141狀態(tài)寄存器狀態(tài)寄存器nSFSF堆棧標(biāo)志堆棧標(biāo)志（stack flagstack flag

48、）位用于區(qū)分堆棧）位用于區(qū)分堆棧上溢和下溢的非法操作。當(dāng)該位被置上溢和下溢的非法操作。當(dāng)該位被置1 1時(shí)，再根據(jù)時(shí)，再根據(jù)標(biāo)志位標(biāo)志位B9B9（C1C1）來(lái)區(qū)分上溢和下溢兩種情況。）來(lái)區(qū)分上溢和下溢兩種情況。nPEPE精度錯(cuò)誤精度錯(cuò)誤（precision errorprecision error）表明結(jié)果）表明結(jié)果或操作數(shù)超過(guò)了設(shè)定的精度范圍?；虿僮鲾?shù)超過(guò)了設(shè)定的精度范圍。nUEUE下溢錯(cuò)誤下溢錯(cuò)誤（underflow errorunderflow error）表明一個(gè)）表明一個(gè)非非0 0的結(jié)果太小，以致于不能用由控制字選擇的當(dāng)?shù)慕Y(jié)果太小，以致于不能用由控制字選擇的當(dāng)前精度來(lái)表示。前精度來(lái)表示

49、。nOEOE上溢錯(cuò)誤上溢錯(cuò)誤（overflow erroroverflow error）表明結(jié)果太）表明結(jié)果太大而不能被表示出來(lái)，如果此錯(cuò)誤被屏蔽，則協(xié)大而不能被表示出來(lái)，如果此錯(cuò)誤被屏蔽，則協(xié)處理器對(duì)上溢錯(cuò)誤就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)無(wú)窮大。處理器對(duì)上溢錯(cuò)誤就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)無(wú)窮大。142狀態(tài)寄存器狀態(tài)寄存器nZEZE被零除錯(cuò)誤被零除錯(cuò)誤（zero errorzero error）表明當(dāng)被除）表明當(dāng)被除數(shù)是非無(wú)窮大和非零時(shí)，除數(shù)是零。數(shù)是非無(wú)窮大和非零時(shí)，除數(shù)是零。nDEDE非規(guī)格化操作數(shù)錯(cuò)誤非規(guī)格化操作數(shù)錯(cuò)誤（denormalized denormalized errorerror）表明至少有一個(gè)操作數(shù)是非規(guī)

50、格化的。）表明至少有一個(gè)操作數(shù)是非規(guī)格化的。nIEIE非法操作錯(cuò)誤非法操作錯(cuò)誤（Invalid errorInvalid error）表明堆）表明堆棧有上溢或下溢錯(cuò)誤，是不確定的形式（棧有上溢或下溢錯(cuò)誤，是不確定的形式（0 00 0、+ + 和和- -等），或者使用了等），或者使用了NANNAN作為操作數(shù)。此標(biāo)作為操作數(shù)。此標(biāo)志表明諸如對(duì)負(fù)數(shù)開(kāi)平方等類(lèi)似的錯(cuò)誤。志表明諸如對(duì)負(fù)數(shù)開(kāi)平方等類(lèi)似的錯(cuò)誤。143狀態(tài)寄存器狀態(tài)寄存器 執(zhí)行執(zhí)行FSTSWFSTSW指令就可以訪問(wèn)狀態(tài)寄存器，此指令將狀指令就可以訪問(wèn)狀態(tài)寄存器，此指令將狀態(tài)寄存器中的內(nèi)容存人內(nèi)存的一個(gè)字單元中。在態(tài)寄存器中的內(nèi)容存人內(nèi)存的一個(gè)

51、字單元中。在8018780187或或8018780187以上的協(xié)處理器中，以上的協(xié)處理器中，F(xiàn)STSW AXFSTSW AX指令可將指令可將狀態(tài)寄存器中的內(nèi)容直接復(fù)制到微處理器的狀態(tài)寄存器中的內(nèi)容直接復(fù)制到微處理器的AXAX寄存器寄存器中。一旦狀態(tài)寄存器的狀態(tài)被存儲(chǔ)到內(nèi)存或中。一旦狀態(tài)寄存器的狀態(tài)被存儲(chǔ)到內(nèi)存或AXAX寄存器寄存器中，則可以使用常規(guī)軟件檢測(cè)狀態(tài)寄存器中的各位，中，則可以使用常規(guī)軟件檢測(cè)狀態(tài)寄存器中的各位，譬如使用以下兩種方法測(cè)試狀態(tài)寄存器的各位。一種譬如使用以下兩種方法測(cè)試狀態(tài)寄存器的各位。一種方法是使用方法是使用TESTTEST指令來(lái)測(cè)試狀態(tài)寄存器的各位，另一指令來(lái)測(cè)試狀態(tài)寄

52、存器的各位，另一種方法是使用種方法是使用SAHFSAHF指令將狀態(tài)寄存器中最左邊的指令將狀態(tài)寄存器中最左邊的8 8位位傳送到微處理器的標(biāo)志寄存器中。傳送到微處理器的標(biāo)志寄存器中。 協(xié)處理器和微處理器之間的通信在協(xié)處理器和微處理器之間的通信在8018780187和和8028780287中是中是通過(guò)通過(guò)I IO O端口端口00FAH00FAH00FFH00FFH實(shí)現(xiàn)的，而在實(shí)現(xiàn)的，而在8038780387Pentium4Pentium4中是通過(guò)中是通過(guò)I IO O端口端口800000FAH800000FAH800000FFH800000FFH實(shí)實(shí)現(xiàn)的。現(xiàn)的。144控制寄存器控制寄存器 控制寄存器包

53、括精度控制、舍入控制和無(wú)窮大控制，控制寄存器包括精度控制、舍入控制和無(wú)窮大控制，它也可以屏蔽或者不屏蔽與狀態(tài)寄存器最右邊它也可以屏蔽或者不屏蔽與狀態(tài)寄存器最右邊6 6位對(duì)位對(duì)應(yīng)的異常位。應(yīng)的異常位。FLDCWFLDCW指令用于給控制寄存器賦值。指令用于給控制寄存器賦值。 控制寄存器中各位及各個(gè)組合位的功能：控制寄存器中各位及各個(gè)組合位的功能：nICIC無(wú)窮大控制（無(wú)窮大控制（infinity controlinfinity control）nRCRC舍入控制（舍入控制（rounding controlrounding control）nPCPC精度控制（精度控制（precision contr

54、olprecision control）nException MasksException Masks異常屏蔽字段異常屏蔽字段1458038780387控制寄存器控制寄存器146標(biāo)記寄存器標(biāo)記寄存器 標(biāo)記寄存器（標(biāo)記寄存器（tag registertag register）表明協(xié)處理器堆棧中）表明協(xié)處理器堆棧中每個(gè)寄存器內(nèi)容的狀態(tài)特征，又叫每個(gè)寄存器內(nèi)容的狀態(tài)特征，又叫特征寄存器特征寄存器。標(biāo)。標(biāo)記寄存器用每記寄存器用每2 2位表示寄存器堆棧中位表示寄存器堆棧中1 1個(gè)寄存器的狀個(gè)寄存器的狀態(tài)，即態(tài)，即TAGTAG（i i）表示堆棧寄存器）表示堆棧寄存器STST（i i）的狀態(tài)。）的狀態(tài)。TA

55、GTAG（i i）特征值為）特征值為00001111四種組合時(shí)分別表明相應(yīng)四種組合時(shí)分別表明相應(yīng)的寄存器有正確數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)為的寄存器有正確數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)為0 0、數(shù)據(jù)非法、無(wú)數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)非法、無(wú)數(shù)據(jù)4 4種情況。種情況。 通過(guò)程序查看標(biāo)記寄存器的唯一方法通過(guò)程序查看標(biāo)記寄存器的唯一方法是使用是使用FSTENVFSTENV、FSAVEFSAVE或或FRSTORFRSTOR指令來(lái)存儲(chǔ)協(xié)處理器操作環(huán)境。其指令來(lái)存儲(chǔ)協(xié)處理器操作環(huán)境。其中每條指令均可將標(biāo)記寄存器與其他協(xié)處理器數(shù)據(jù)中每條指令均可將標(biāo)記寄存器與其他協(xié)處理器數(shù)據(jù)一起存儲(chǔ)。一起存儲(chǔ)。 147標(biāo)記寄存器標(biāo)記寄存器148二、浮點(diǎn)運(yùn)算流水線二、浮點(diǎn)運(yùn)算流水

56、線v為了實(shí)現(xiàn)流水，首先必須把輸入的任務(wù)分割為為了實(shí)現(xiàn)流水，首先必須把輸入的任務(wù)分割為一系列的子任務(wù)，使各子任務(wù)能在流水線的各一系列的子任務(wù)，使各子任務(wù)能在流水線的各個(gè)階段個(gè)階段并發(fā)地并發(fā)地執(zhí)行。將任務(wù)連續(xù)不斷地輸入流執(zhí)行。將任務(wù)連續(xù)不斷地輸入流水線，從而實(shí)現(xiàn)了子任務(wù)的水線，從而實(shí)現(xiàn)了子任務(wù)的并行并行。v流水處理大幅度地改善了計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)性能，流水處理大幅度地改善了計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)性能，是在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)是在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)時(shí)間并行性時(shí)間并行性的一種非常經(jīng)濟(jì)的一種非常經(jīng)濟(jì)的方法。的方法。149二、浮點(diǎn)運(yùn)算流水線二、浮點(diǎn)運(yùn)算流水線 v PentiumPentium浮點(diǎn)流水線由預(yù)取浮點(diǎn)流水線由預(yù)取PFPF、首

57、次譯碼、首次譯碼D1D1、二次譯、二次譯碼碼D2D2、取操作數(shù)、取操作數(shù)EXEX、首次執(zhí)行、首次執(zhí)行X1X1、二次執(zhí)行、二次執(zhí)行X2X2、浮點(diǎn)、浮點(diǎn)寄存器寫(xiě)入寄存器寫(xiě)入WFWF和出錯(cuò)報(bào)告和出錯(cuò)報(bào)告ERER共共8 8個(gè)操作步驟組成。個(gè)操作步驟組成。v PentiumPentium微處理器的浮點(diǎn)流水線由浮點(diǎn)接口、寄存器微處理器的浮點(diǎn)流水線由浮點(diǎn)接口、寄存器組及控制部件組及控制部件FIRCFIRC、浮點(diǎn)指數(shù)功能部件、浮點(diǎn)指數(shù)功能部件FEXPFEXP、浮點(diǎn)乘、浮點(diǎn)乘法部件法部件FMULFMUL、浮點(diǎn)加法部件、浮點(diǎn)加法部件FADDFADD、浮點(diǎn)除法部件、浮點(diǎn)除法部件FDIVFDIV以及浮點(diǎn)舍入處理部件以

58、及浮點(diǎn)舍入處理部件PFRNDPFRND共共7 7個(gè)部件組成。個(gè)部件組成。v PentiumPentium浮點(diǎn)流水線對(duì)于浮點(diǎn)的取數(shù)、加減法、乘法浮點(diǎn)流水線對(duì)于浮點(diǎn)的取數(shù)、加減法、乘法和比較等和比較等“基本基本”操作，采用了新的算法并用硬件來(lái)操作，采用了新的算法并用硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)，其執(zhí)行速度是實(shí)現(xiàn)，其執(zhí)行速度是8048680486的的1010倍多，允許單周期通倍多，允許單周期通過(guò)，即能以每個(gè)時(shí)鐘執(zhí)行一條浮點(diǎn)指令的速度來(lái)執(zhí)行。過(guò)，即能以每個(gè)時(shí)鐘執(zhí)行一條浮點(diǎn)指令的速度來(lái)執(zhí)行。150二、浮點(diǎn)運(yùn)算流水線二、浮點(diǎn)運(yùn)算流水線 v PentiumPentium浮點(diǎn)部件內(nèi)配置了直接支持浮點(diǎn)部件內(nèi)配置了直接支持3 3倍

59、精度浮點(diǎn)計(jì)倍精度浮點(diǎn)計(jì)算的部件，極大地簡(jiǎn)化了微體系結(jié)構(gòu)，并明顯地改算的部件，極大地簡(jiǎn)化了微體系結(jié)構(gòu)，并明顯地改進(jìn)了浮點(diǎn)部件的性能。進(jìn)了浮點(diǎn)部件的性能。v 基于基于NetBurstNetBurst微架構(gòu)的微架構(gòu)的Pentium4Pentium4實(shí)現(xiàn)了被稱(chēng)作為流實(shí)現(xiàn)了被稱(chēng)作為流SIMDSIMD擴(kuò)展擴(kuò)展2 2（SSE2SSE2）的）的144144條新條新SIMDSIMD指令，這些新指指令，這些新指令支持令支持128128位的位的SIMDSIMD整數(shù)操作和整數(shù)操作和128128位位SIMDSIMD雙精度浮雙精度浮點(diǎn)操作。點(diǎn)操作。v CoreCore構(gòu)架擁有構(gòu)架擁有2 2個(gè)浮點(diǎn)執(zhí)行單元同時(shí)處理向量和標(biāo)個(gè)浮點(diǎn)執(zhí)行單元同時(shí)處理向量和標(biāo)量的浮點(diǎn)運(yùn)算，其中一個(gè)浮點(diǎn)單元負(fù)責(zé)加減等簡(jiǎn)單量的浮點(diǎn)運(yùn)算，其中一個(gè)浮點(diǎn)單元負(fù)責(zé)加減等簡(jiǎn)單的處理，而另一個(gè)浮點(diǎn)單元?jiǎng)t負(fù)責(zé)乘除等運(yùn)算。的處理，而另一個(gè)浮點(diǎn)單元?jiǎng)t負(fù)責(zé)乘除等運(yùn)算。CoreCore構(gòu)架對(duì)浮點(diǎn)性能的改進(jìn)效果是顯而易見(jiàn)的。構(gòu)架對(duì)浮點(diǎn)性能的改進(jìn)效果是顯而易見(jiàn)的。 151三、三、MIPSMIPS的浮點(diǎn)操作的浮點(diǎn)操作v支持支持IEEE754IEEE754的單精度和雙精度格式的單精度和雙精度格