主要知识点:. 计算机中数据信息表示的方法. 计算机中指令信息的表示方法重点： .数的补码表示，定点数、浮点数的表示.指令的格式、寻址方式难点：浮点数的表示、指令的寻址方式2.1 数据型数据的表示方法2.1.1 带符号数的表示（0） 机器数与真值的概念:有符号的数在计算机中表示时,通常用“0”表示正数,“1”表示 负数,称为“符号数码化”.在机器中使用的连同数符一起数码化的数,称机器数。用正、负号加绝对值表示的数值，称真值。例如：设机器字长为8位，数 X1的真值为 +1001110，其对应的机器数就是01001110数 X2的真值为 -1001110， 其对应的机器数就是11001110 定点小数的原码定义为：（1） 原码表示法 设某定点小数真值为 X， (数值部分为 n 位）其对应的原码序列（机器数）为 X0 。X1 X2 Xn设某定点整数真值为 X， (数值部分为 n 位）其对应的原码序列（机器数）为 X0 X1 X2 Xn定点整数的原码定义为：（2） 补码表示法 设某定点小数真值为X，(数值部分为 n 位）其对应的补码序列（机器数）为 X0 X1 X2 X定点小数的补码定义为：定点整数的补码定义为：设某定点整数真值为X，(数值部分为 n 位）其对应的补码序列（机器数）为 X0 X1 X2 Xn（3） 移码的表示设某定点整数真值为X，(数值部分为 n 位）X移 = 2n + X ( - 2n = X 2n ）移码的特点：1、正数的移码符号位为 1 ，负数的符号位为 0 。2、同一个数，它的移码和补码表示时数值部分相同 符号，符号位相反。可表示为X移 = 2n + X补 原码的特点： 1、原码对 0 的表示有 +0、-0 之分。2、原码的符号位 X0不能和数值部分一起参加运算。补码的特点： 1、补码对0 的表示是唯一的。2、补码的符号位可以和数值部分一起参加运算。3、相同字长的机器数，补码比原码多表示一个数（定点小数可以表示 1，定点整数可以表示-2n）2.1.2 定点表示与浮点表示1.定点表示法代码序列为X0 X1 X2 X3 Xn X0是符号位，（1）定点小数的机器数格式为X0X1X2 。Xn-1Xn约定小数点位置 X0X1X2 。Xn-1Xn（2）定点整数的机器数格式为 约定小数点位置编码 机器数形式 真值原码最小负数 最大负数 最小正数 最大正数1111110001000.01011.11-(2n-1)-1+1+ (2n-1)补码最小负数 最大负数 最小正数 最大正数100.00111.11000.01011.11- 2n-1+1 + (2n-1)定点数的表示范围 ：（以定点整数为例）（机器字长为n+1位，其中符号位1位，数值部分n位）2. 浮点表示法设浮点数的真值 N= REM （E：阶码， M：尾数）（1） 浮点数的表示格式：阶符 阶码值 数符 尾数值Ef E1 E2 Em MfM1 M2 Mf （2）浮点数的规格化原码规格化形式：正数为： 0.1XX X 负数为： 1.1XX X 补码规格化形式：正数为： 0.1XX X 负数为： 1.0XX X 浮点数的典型值编码 典型值 机器数形式 真值补码最小正数最大正数最大负数最小负数1000 0.10000000111 0.11111111000 1.01111110111 1.00000002-8 2-1 = 1/512 27 （1- 2-7）=127-2-8 （ 2-1+ 2-7）=-1/512 -2-7 1 = -1282.2 字符表示2.2.1 ASCII码 （略）2.2.2 汉字编码简介（略）2.3 指令信息的表示2.3.1 指令格式指令的基本格式：OP：Operation code , AD： Address1、指令字长：（1）定字长指令格式，如NOVA机，所有指令均16位字长（2）可变字长指令格式，通常以字节为单位，有一字节、二字节、三字节长 度的指令，如 8086微处理机采用的是1-6字节的可变字长指令 形式。操作码OP地址码AD2、操作码格式（ 1）定长操作码操作码的位数和位置是固定不变的，称 定长操作码。定长操作码常用于大、中型计算机中。例IBM-370中型计算机、VAX-11超级小型计算机的所有指令 操作码的长度均是8位（一个字节）。（2）扩展操作码（可变长操作码）不同的指令操作码的位数可以变化，称可变长操作码 。采用扩展操作码可以有效地压缩指令的平均长度，适 用于小型、微型计算机。使用频度高的指令，采用较短的操作码，使用频度低的指令， 采用较长的操作码，使得指令系统的操作码平均长度得到压缩。例：某指令系统的指令字长16位，有三种指令格式：三地址、 二地址、一地址，每个地址码4位，采用扩展操作码表示的指令格 式如下：OPA1A2A3指令格式：指令功能： （A1）OP （A2） A3 ， （PC）+ n PC3、地址结构 （1）三地址指令OPA1A2指令格式 ：指令功能： （A1）OP （A2） A1 , （PC）+ n PC（2）二地址指令OPA1指令格式 ：指令功能： 1）单操作数时：OP（A1） A12） 双操作数时： （AC）OP（A1） AC（3）一地址指令注： AC为累加器 ，是隐含给出的指令格式 程序 特点一地址结构ADD X，Y，Z只需一条指令，但指令 长度较长二地址结构MOV Z，Y ADD Z，X需两条指令，但指令长 度变短三地址结构LOAD X ADD Y STORY Z需三条指令，指令长度 最短例： X、Y、Z是存放三个操作数的存储单元地址。分别用三地址 、二地址、一地址结构的指令实现 （X）+（Y） Z 的程序段， 并分析比较，见下图：OP指令格式 ：指令功能： 1）单操作数时：操作数隐含在累加器AC中或 2） 操作数隐含约定在堆栈的顶部。（ 4）零地址指令4、 指令格式举例（1） IBM-370 的指令格式IBM-370是大型计算机，采用的是定长操作码，指令的高8位 作为操作码。根据操作数的不同来源，指令分为5类：RR型（寄存器-寄存器） 、RX型（寄存器-变址存储器），RS型（寄存器-存储器） 、S I 型（存储器-立即数），SS型（存储器-存储器器）。 （见下图） IBM-370指令格式（2） PDP-11 的指令格式PDP-11是小型计算机，采用的是扩展操作码，指令操作码 基本长度4位，扩展后，形成7位操作码、10位操作码、及8位操 作码、12位操作码，共有5种类型，见下图。2.3.2 寻址方式1、基本概念 可以存放操作数的存储形式：CPU中的寄存器、主存储器、堆栈、外存储器。什么叫“寻址方式”？指令中如何提供操作数或操作数地址的方式称“寻址方式”。“形式地址” A：指令中地址码字段给出的内容；“有效地址” E：实际存放操作数的单元地址。“ 寻址单位”：用一个有效地址访问存储器所取出的操作数的 长度。按寻址单位分： 字节寻址； 字寻址； 位寻址； 页寻址。 2、常见寻址方式 （1）立即寻址形式地址A就是操作数Data本身，称立即数 。( 寻址过程可表示为： Data = A ) （2）直接寻址形式地址A就是有效地址E。寻址过程可表示为： E = A， Data =（E）=（A） （存储器）直接寻址方式（3）间接寻址形式地址A是存放有效地址E的单元的地址。寻址过程可表示为： E = （A）， Data =（E）=（ A） （存储器）间接寻址（4）变址寻址设Rx 为变址寄存器，形式地址为A。变址寻址过程可表示为： E = （ Rx ）+ A ， Data =（E）=（ （ Rx ）+ A） 变址寻址（6）基址寻址设 RB 为变址寄存器，形式地址为A。变址寻址过程可表示为： E = （ RB ）+ A ， Data =（E）=（ （ RB）+ A） （5）相对寻址设 PC 为程序计数器，形式地址为A。相对寻址过程可表示为： E = （ PC ）+ A ， Data =（E）=（ （PC ）+ A）（7）基址加变址寻址E = （ RX）+ （ RB）+ A ， Data =（E）=（ （ RX）+ （ RB） + A）（8）页面寻址E = （ PC ）H , A ， 说明:现行指令地址的高位段 作为有效地址的高位 段,形式地址作为有效地址的低位段,二者拼接形成有 效地址. (9) 堆栈寻址a. 堆栈的存取规则- LIFO 或 FILOb. 堆栈的硬件设置C、堆栈的工作方式（a）向上生成方式：设SP是堆栈指针，AC是累加器压栈操作：（SP） SP(AC) (SP) 出栈操作：（SP） AC（SP）+ 1 SP（b） 向下生成方式： 8086 CPU 的堆栈操作举例2.3.3 指令的功能与类型1、概述(1) CISC与RISC的概念CISC： 复杂指令系统计算机RISC： 简单指令系统计算机 (2) 指令的分类方法 按指令的格式分类：双操作数指令、单操作数指令 按操作数寻址方式分类例如IBM370机将指令分为：RR型、RX型、RS型、 SI型、 SS型 按指令的功能分类（适合用户使用的一种分类方法）2、传送类指令（设置传送类指令时，通常应注意3个问题： ）(1) 规定传送范围：有以下3类 寄存器寄存器 寄存器存储器 /存储器寄存器 存储器 存储器 I/O接口寄存器CPU寄存器(2) 指明传送单位: 通常有以下几类字节（Byte）、字（Word)、长字（Long Word) 例：VAX-11计算机中： 指令 MOVB ；字节传送 指令 MOVW ；字传送 指令 MOVL ；长字传送 80386计算机中： MOV AL，BL ； 字节传送 MOV AX，BX ； 字传送MOV EAX，EBX ； 长字传送(3) 设置寻址方式3、输入/输出指令（ 也称 I/O指令）(1) 外围设备的编址方式：1）外围设备单独编址法又分两种： 编址到设备，即每一个设备一个地址（设备号 ） 编址到寄存器级2）与主存统一编址法，编址到寄存器级将外围设备接口中的有关寄存器作为一个主存单元，分配一个 地址。(2) I/O指令设置方式1） 设置专用的I/O指令对于单独编址法，计算机的指令系统中必须设置专用的 I/O指令。例 8086计算机中的 I/O指令：输入指令格式： IN 寄存器号， 输入端口号例： IN AL，127 ; 127是一个8位的输入端口号 。输出指令格式： OUT 输出端口号，寄存器号例： OUT 80H，AL ; 80H是一个8位的输出端口号 。2）用访问主存的指令实现I/O操作例 PDP-11、VAX-11等计算机采用这种方式。4、算术逻辑运算类指令(1) 算术运算指令主要有： A