(精)第三章 运算方法和运算部件.pptVIP

第一讲 不同层次程序员看到的运算及ALU第二讲 定点数运算及其运算部件第三讲 浮点数运算及其运算部件 第一讲：不同层次程序员看到的运算及ALU 主 要 内 容 C语言程序中涉及的运算 整数算术运、浮点数算术运算 按位、逻辑、移位、位扩展和位截断 指令集中与运算相关的指令（ 以MIPS为参考 ） 涉及到的定点数运算 算术运算 带符号整数运算：取负 / 符号扩展 / 加 / 减 / 乘 / 除 / 算术移位 无符号整数运算：0扩展 / 加 / 减 / 乘 / 除 逻辑运算 逻辑操作：与 / 或 / 非 / … 移位操作：逻辑左移 / 逻辑右移 涉及到的浮点数运算：加、减、乘、除 基本运算部件ALU的设计 C语言程序中涉及的运算 算术运算（最基本的运算） 无符号数、带符号整数、浮点数的运算 按位运算 用途 对位串实现“掩码”（mask）操作或相应的其他处理 （主要用于对多媒体数据或控制信息进行处理） 操作 按位或：“|” 按位与：“” 按位取反：“~” 按位异或：“^” 问题：如何从一个16位采样数据y中提取高位字节，并使低字节为0？ 可用“”实现“掩码”操作：y 0xFF00 例如，当y=0x2C0B时，通过掩码操作得到结果为：0x2C00 C语言程序中涉及的运算 逻辑运算 用途 用于关系表达式的运算 例如，if （xy and i100）then ……中的“and”运算 操作 “‖”表示“OR”运算 “”表示“AND”运算 例如， if ((xy) (i100)) then …… “!”表示“NOT”运算 与按位运算的差别 符号表示不同： ~ ；| ~ ‖； …… 运算过程不同：按位 ~ 整体 结果类型不同：位串 ~ 逻辑值 C语言程序中涉及的运算 移位运算 用途 提取部分信息 扩大或缩小数值的2、4、8…倍 操作 左移:：xk; 右移： xk 不区分是逻辑移位还是算术移位，由x的类型确定 无符号数：逻辑左移、逻辑右移 高（低）位移出，低（高）位补0，可能溢出！ 问题：何时可能发生溢出？如何判断溢出？ 若高位移出的是1，则左移时发生溢出 带符号整数：算术左移、算术右移 左移：高位移出，低位补0。可能溢出！ 溢出判断：若移出的位不等于新的符号位，则溢出。 右移：低位移出，高位补符，可能发生数据丢失。 C语言程序中涉及的运算 位扩展和位截断运算 用途 类型转换时可能需要数据扩展或截断 操作 没有专门操作运算符，根据类型转换前后数据长短确定是扩展还是截断 扩展：短转长 无符号数：0扩展，前面补0 带符号整数：符号扩展，前面补符 截断：长转短 强行将高位丢弃，故可能发生“溢出” 例1：在大端机上输出si, usi, i, ui的十进制和十六进制值是什么？ short si = -12345; unsigned short usi = si; int i = si; unsingned ui = usi ; MIPS定点算术运算指令 Instruction Example Meaning Comments add add $1,$2,$3 $1 = $2 + $3 3 operands; exception possible subtract sub $1,$2,$3 $1 = $2 – $3 3 operands; exception possible add immediate addi $1,$2,100 $1 = $2 + 100 + constant; exception possible add unsigned addu $1,$2,$3 $1 = $2 + $3 3 operands; no exceptions subtract unsigned subu $1,$2,$3 $1 = $2 – $3 3 operands; no exceptions add imm. unsign. addiu $1,$2,100 $1 = $2 + 100 + constant; no exceptions multiply mult $2,$3 Hi, Lo = $2 x $3 64-bit signed product multiply unsigned multu$2,$3 Hi, Lo = $2 x $3 64-bit unsigned product divide div $2,$3 Lo = $2 ÷ $3, Lo = quotient, Hi = remainder Hi = $2 mod $3 divide unsigned divu $2,$3 Lo = $2 ÷