系统结构数据表示与数据结构的区别与联系等

第2章

1、数据表示的概念，它与数据结构有何区别与联系

1）、数据表示是指可由硬件直接识别和引用的数据类型。硬件直接识别，就是说在系统中能够直接由硬件实现相应数据的运算，也就是系统结构中有相应的运算指令和运算部件来完成这项任务。

2）、数据结构就是指结构数据类型的组织方式，它反映了结构数据类型中各种数据元素或信息单元之间的结构关系，是通过软件映像, 将信息变换成机器中所具有的各种数据表示来实现的。

3）、数据结构和数据表示是软硬件的交界面。数据结构所研究的是软的方面，而数据表示考虑是硬的方面，让计算机能够识别处理，并尽量节约存储空间。

2、两种自定义数据表示的异同，标志符的设置是否增加了目标程序所占用的存储空间

（1）带标志符数据表示就是对每一个数据都附加一个标志符，由这个标志符来表示这个数据的类型。

优点：简化指令系统和程序设计；简化了编译程序；易于对编程查错；能自动完成数据类型转换；支持数据库系统的实现与数据类型无关的要求；方便程序调试。

缺点：可能导致存储空间增加，又使指令执行速度变慢。

（2）数据描述符

数据描述符：主要用来描述复杂和多维结构的数据类型，如向量，数组，多维数组，记录等。

（3）带标志符数据表示与数据描述符不同之处是：

1) 标志符要与每个数据相连，两者合存在一个存储单元中；而描述符则和数据分开存放。

2) 要访问数据集中的元素时，必须先访问描述符，这就至少增加一级寻址(先访描符增寻址)

3) 描述符可看成是程序一部分，而不是数据的一部

分。标志符则可看作是数据的一部分(程序部分不是数)

4) 标志符用于描述单个数据，描述符数据表示用于描述数据块。

3、浮点数据表示方式、尾数基值的选择、尾数的下溢处理方法（误差、舍入规则）

（1）浮点数据表示N=m×r m ，其中e=re 两个数值：m:尾数的值；e:阶码的值。两个基值：r m :尾数的基；r e :阶码的基，通常为2。两个字长：p:尾数长度。当r m =16时，每4个二进制位表示一个长度。q:阶码长度。通常指阶码部分的二进制位数。

（2）浮点数尾数基值的选择：

结论1：在浮点数的字长和表数范围一定时，尾数基值取2或4时具有最高的表数精度。 结论2：在浮点数的字长和表数精度一定时，r m 取2或4具有最大的表数范围。 综上结论1、2可得：在浮点数的字长确定后，尾数基值r m 取2或4具有最大的表数范围和最高的表数精度。

（3）尾数的下溢处理方法（误差、舍入规则）

1）、截断法

舍入规则：将尾数超出机器字长的部分简单截去。

优点：实现简单，不增加硬件，不需要额外的处理时间。

缺点：最大误差较大，平均误差大且无法调节。

2）、舍入法 e g

优点：最大误差小，平均误差接近于零。实现简单，增加的硬件少。

缺点：处理速度慢，花费在加1控制上。

3）、恒置“1”法

舍入规则：将规定字长的最低位恒置成“1”。

优点：实现简单，不需要增加硬件和处理时间，平均误差接近于零。

缺点：最大误差最大。

4）、查表舍入法

舍入规则：基于存贮逻辑思想，用ROM 或PLA 存放下溢处理表。当尾数最低k-1位为全“1”时，以截断法处理，即输出k-1位为全“1”；其余情况按舍入法处理。

优点：速度快，平均误差趋于零。

缺点：硬件设置增多，成本高。

4、引用数据表示的原则

（1）看系统的效率有否提高, 即是否减少了实现时间和所需的存贮空间。

（2）引入这种数据表示后，其通用性和利用率是否提高。

5、掌握三种操作码编码方法及其特点：固定长、Huffman 编码（会画Huffman 树，写出编码，求平均码长）、扩展编码（写出编码，求平均码长）；平均码长最短的和最优化的编码方法（答案不完整）

（1）哈夫曼压缩原理:当各种事件发生的概率不等时, 采用优化技术对发生概率最高的事件用最短的位数来表示, 而对出现概率较低的允许用较长的位数来表示, 就会导致表示的平均位数的缩短.

（2）哈夫曼编码的码长最短, 译码难. 扩展操作码编码的码

长适中, 等长二进制编码最长, 译码最简单。

（3）指令格式的优化:指的是如何用最短的位数来表示指令的操作信息和地址信息, 使程序中指令的平均字长最短.

操作码的优化:为了缩短指令字的长度, 减少程序的总位数, 利用哈夫曼压缩原理.

6、设计RISC 机器的基本原则有哪些

（1）确定指令系统时，只选择使用频度很高的那些指令，在此基础上添加少量能有效支持操作系统和高级语言实现及其他功能的最有用的指令，让指令的条数大大减少，一般不超过100条。

（2）大大减少指令系统可采用的寻址方式的种类，一般不超过两种。简化指令的格式，使之也限制在两种之内，并让全部指令都具有相同的长度。

（3）让所有指令都在一个机器周期内完成。

（4）扩大通用寄存器的个数，一般不出、不少于32个寄存器，以近可能减少访存操作，所有指令中只有存（Store ）、取（Load ）指令才可以访存，其他指令的操作一律都在寄存器间进行。

（5）为提高指令执行速度，大多数指令都采用硬联控制实现，少数指令采用微程序实现。

（6）通过精简指令和优化设计编译程序，以简单有效的方式来支持高级语言的实现。

7、在CPU 中采用重叠寄存器窗口技术的目的（3p83）

为了减少访存的次数，减少过程调用时间，更简单实现过程与过程之间的参数传递。