Представление команд и данных в ЭВМ (лекция 4. 1)

1.

ВНИМАНИЕ!
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СРЕДСТВ СВЯЗИ, ФОТО,
ВИДЕО И ЗВУКОЗАПИСИ ЗАПРЕЩЕНО!

2.

ВОЕННО-КОСМИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ ИМЕНИ А.Ф. МОЖАЙСКОГО
Кафедра 24: «Информационно-вычислительных
систем и сетей»
Дисциплина: «Организация ЭВМ и систем»
Лекция
ктн доцент полковник Кузнецов В.В.

3.

Контроль готовности обучающихся к учебному занятию
Контрольный вопрос № 1:
Перечислите уровни архитектуры ЭВМ
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Цифровой логический уровень
Микроархитектурный уровень
Уровень архитектуры команд
Уровень операционной системы
Уровень языка Ассемблер
Язык высокого уровня
3

4.

Контроль готовности обучающихся к учебному занятию
Контрольный вопрос № 2:
Перечислите основные характеристики ЭВМ
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Быстродействие
Производительность
Емкость запоминающих устройств
Надежность
Точность
Достоверность
Стоимость
4

5.

5
Лекция № 4. Представление команд и данных в ЭВМ
Цель: сформировать у обучающихся устойчивые знания о
формах представления данных и способах адресации в ЭВМ
Учебные вопросы:
1. Форматы данных в ЭВМ
2. Архитектура и структура системы команд
3. Способы адресации

6.

Учебный вопрос №1
Форматы данных в ЭВМ
6

7.

Формы представления чисел
• естественная форма или
форма с фиксированной
запятой (точкой);
• нормальная форма или с
плавающей запятой
(точкой).
7

8.

8
• Разрядная сетка - фиксированная
совокупность
пронумерованных
разрядов,
применяемая
для
представления числа.
Зн n–1 …
1
0
Целая часть – n
, –1 –2
… –m
Дробная часть – m
• Основание системы (q) равно количеству
используемых в системе
цифр: 0, 1, 2, … , q – 1.

9.

9
Естественная форма
представления чисел
(с фиксированной запятой)
Целые числа:
Зн an-1 an-2 an-3 an-4 …….. a0

10.

10
Естественная форма
представления чисел
(с фиксированной запятой)
Дробные числа :
Зн, a-1
a-2
a-3 …...…….
a-m

11.

11
Естественная форма
представления чисел
(с фиксированной запятой)
Смешанная форма:
Зн an-1 an-2 …. a0
, a-1
a-2 a-3
.... a-m

12.

12
Естественная форма
представления чисел
(с фиксированной запятой)
Пример:
Дано: А(10) = 14 → А(2) = 1110
0
Зн
0
0
0
1
1
Цифры числа
1
0

13.

Нормальная форма представлений чисел
Число представленное в
нормальной форме,
записывается в следующем виде:
А = ±mа
±
P
×q
,
где m – мантисса числа;
q – основание системы
счисления;
p – порядок числа.
13

14.

Нормальная форма представлений чисел
Число называется нормализованным,
если модуль мантиссы имеет первую
значащую (отличную от нуля) цифру.
Исключение составляет число нуль.
Пример:
N10 = 216,32
в нормализованном виде:
N10 = 0,21632 · 103
Числа в памяти ЭВМ обычно
хранятся в нормализованном виде.
14

15.

Нормальная форма представления чисел с нормализованной мантиссой
Знак
Мантисса
,
мантиссы
числа
Знак
порядка
15
Порядок
числа
ЗнМ , М-1 М-2 … М- R ЗнП ПL-1 ПL- 2 .... П0
где
R – разрядность мантиссы,
L – разрядность порядка

16.

Нормальная форма представления чисел с нормализованной мантиссой
16
Пример:
Дано: А(10) = 14 → А(2) = 1110 = 0,1110 · 24 =
= 0,1110 · 2100
ЗнМ , М-1 М-2 … М- R ЗнП ПL-1 ПL- 2 .... П0
0
1
1
1 0
0 1
0
0

17.

17
Особенности и ограничения при
представлении двоичных чисел в ЭВМ
1. Для знака в сетке выделяется
специальный знаковый разряд:
для «+» 0
для «-» 1
2. Вычитание чисел заменяется алгебраическим суммированием:
A – B = A + (-B)
3. При сложении чисел обработка всех
разрядов (в т. ч. и знаковых) осуществляется по единым формальным
правилам.

18.

18
ПРЯМОЙ КОД
Прямой код [X]пк числа Х образуется
добавлением к Х, взятому без
знака, одного знакового разряда
слева.
X при X ≥ 0; знаковый = 0
[X]ПК=
1+|X| при X< 0; знаковый = 1

19.

19
Пример
А = - 1011011
В = + 1011110
Тогда:
[A]ПК = 1.1011011
[B]ПК = 0.1011110

20.

Правила получения ОБРАТНОГО КОДА
Обратный код (ОК) положительных
чисел равен ПК.
Для получения ОК отрицательных
чисел необходимо проинвертировать
все разряды числа, представленного в
ПК, за
исключением
знакового (в
знаковом разряде оставить 1).
Пример:
[A] ПК = 1.1011011 [A]ОК = 1. 0100100
[B] ПК = 0.1011011 [B] ОК = 0.1011011
20

21.

Правила получения ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО КОДА
• ДК положительных чисел равен
прямому коду.
• Для получения ДК отрицательных чисел необходимо проинвертировать
все
разряды
числа,
представленного
в
ПК,
за
исключением знакового, и добавить
единицу в младший разряд (в
знаковом разряде оставить 1).
21

22.

Правила получения ДК
Пример:
[А]ПК = 0.1001011 [А]ДК = 0.1001011
[А]ПК = 1.1001011
1.0110100 – инвертирование
+
1 – в младший разряд
добавляем 1
[А]ДК = 1.0110101
22

23.

Учебный вопрос №2
Архитектура и структура системы команд
23

24.

Система команд
Система команд ЭВМ – полный перечень команд, которые
способна выполнять ЭВМ
Архитектура системы команд – средства ЭВМ, которые видны и
доступны программисту.
Современные архитектуры системы команд
архитектура с полным набором команд CISC
(Complex Instruction Set Computer)
архитектура с сокращенным набором команд
RISC (Reduced Instruction Set Computer)
архитектура со сверхдлинным командным словом
VLIW (Very Long Instruction Word)
24

25.

25
Классификация архитектур по месту
хранения операндов :
– стековая,
– аккумуляторная,
– регистровая,
– с выделенным доступом к памяти.

26.

Структура и формат команды
Типовая команда, в общем случае, должна указывать:
1) подлежащую выполнению операцию;
2) адреса исходных данных (операндов), над которыми выполняется
операция;
3) адрес, по которому должен быть помещен результат операции.
Структура команды
Операционная часть Адресная часть
Формат команды − количество двоичных разрядов, отводимых под
всю команду, а также количество и расположение отдельных
полей команды
Поле команды − совокупность двоичных разрядов, кодирующих
составную часть команды
Обобщенный формат команды
КОп
СА
Адресная часть
26

27.

Форматы команд
Адреса
Операция
Код операции
1-й операнд
2-й операнд
Операция
Код операции
Результат
Следующая
команда
4-х адресный формат команды
Адреса
1-й операнд
Операция
2-й операнд
Результат
1-й операнд
Операция
Адрес
Код операции
1-й или 2-й операнд
Операция
Двухадресный формат команды
2-й операнд / результат
Одноадресный формат команды
Адреса
Регистр
2-й операнд
Полутораадресный формат команды
Операция
Код операции
Трехадресный формат команды
Адреса
Код операции
Код операции
27
Нульадресный формат команды

28.

Учебный вопрос №2
Способы адресации
28

29.

Способы адресации
29
Способ адресации – это способ формирования исполнительного
адреса операнда по адресному коду команды
Исполнительным адресом операнда называется двоичный код номера
ячейки памяти, служащей источником или приемником операнда
Адресный код – это двоичный код в адресном поле команды, из которого
необходимо сформировать исполнительный адрес операнда
Команда
Адресный код
F
Исполнительный
адрес
Операнд
(результат)

30.

Способы адресации
Непосредственная адресация
Операнд располагается непосредственно в
адресном поле команды, используется при
выполнении арифметических операций,
операций сравнения и для загрузки констант в
регистры
30

31.

Способы адресации
Прямая адресация
В адресном поле команды указывается адрес
операнда в памяти
31

32.

Способы адресации
Косвенная адресация
Код команды указывает адрес ячейки памяти, а
не сам операнд, необходимо двухкратное
обращение к памяти:
1 – извлечь адрес операнда
2 – извлечь сам операнд
32

33.

Способы адресации
Регистровая адресация
R
В адресном поле команды указывает на регистр
процессора
33

34.

Способы адресации
Косвенная регистровая адресация
В команде указан номер регистра, в котором
содержится операнд
34

35.

Способы адресации
Адресация со смещением
Исполнительный адрес формируется в
результате суммирования содержимого
адресного поля команды с
содержимым одного или нескольких
регистров процессора
35

36.

Способы адресации
Относительная адресация
Счетчик команд (СК)
Исполнительный адрес формируется в результате
суммирования содержимого адресного поля команды с
содержимым счетчика команд
36

37.

Способы адресации
Базовая регистровая адресация с базовым регистром
37

38.

Способы адресации
Базовая регистровая адресация с использованием одного из РОН
Используется для доступа к элементам массива (данным), положение которого
в памяти в процессе вычислений может меняться
38

39.

Способы адресации
Индексная адресация с индексным регистром
После каждой операции содержимое ИР увеличивается на 1
39

40.

Способы адресации
40
Индексная адресация с использованием одного из РОН
Автоиндексирование с увеличением
содержимого индексного регистра
(автоинкрементная адресация)
Автоиндексирование с уменьшением
содержимого индексного регистра
(автодекрементная адресация)

41.

Контроль усвоения обучающимися учебного материала
Контрольный вопрос № 1:
Перечислите способы адресации команд
1.
2.
3.
4.
5.
Прямая адресация
Косвенная адресация
Регистровая адресация
Адресация со смещением
Индексная адресация
41

42.

Задание на самостоятельную работу
42
1.Изучить и доработать конспект лекций.
2.Дополнить
конспект
лекций
с
учетом
рекомендованной литературы [1, с.28-50], [4, с.55-113].