第三章 運算方法和運算部件

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1、第一講不同層次程序員看到的運算及ALU第二講定點數(shù)運算及其運算部件第三講浮點數(shù)運算及其運算部件Ch3:ArithmeticandLogicOperateandALU運算方法和運算部件第一講：不同層次程序員看到的運算及ALU主要內(nèi)容C語言程序中涉及的運算整數(shù)算術運、浮點數(shù)算術運算按位、邏輯、移位、位擴展和位截斷指令集中與運算相關的指令（以MIPS為參考）涉及到的定點數(shù)運算算術運算帶符號整數(shù)運算：取負/符號擴展/加/減/乘/除/算術移位無符號整數(shù)運算：0擴展/加/減/乘/除邏輯運算邏輯操作：與/或/非/…移位操作：

2、邏輯左移/邏輯右移涉及到的浮點數(shù)運算：加、減、乘、除基本運算部件ALU的設計C語言程序中涉及的運算算術運算（最基本的運算）無符號數(shù)、帶符號整數(shù)、浮點數(shù)的運算按位運算用途對位串實現(xiàn)“掩碼”（mask）操作或相應的其他處理（主要用于對多媒體數(shù)據(jù)或控制信息進行處理）操作按位或：“

3、”按位與：“&”按位取反：“~”按位異或：“^”問題：如何從一個16位采樣數(shù)據(jù)y中提取高位字節(jié)，并使低字節(jié)為0？可用“&”實現(xiàn)“掩碼”操作：y&0xFF00例如，當y=0x2C0B時，通過掩碼操作得到結(jié)果為：0x2C00C語言程序中涉及的運算

4、邏輯運算用途用于關系表達式的運算例如，if（x>yandi<100）then……中的“and”運算操作“‖”表示“OR”運算“&&”表示“AND”運算例如，if((x>y)&&(i<100))then……“!”表示“NOT”運算與按位運算的差別符號表示不同：&~&&；

5、~‖；……運算過程不同：按位~整體結(jié)果類型不同：位串~邏輯值C語言程序中涉及的運算移位運算用途提取部分信息擴大或縮小數(shù)值的2、4、8…倍操作左移:：x<>k不區(qū)分是邏輯移位還是算術移位，由x的類型確定無符號數(shù)：邏輯左移、邏輯右移高（

6、低）位移出，低（高）位補0，可能溢出！問題：何時可能發(fā)生溢出？如何判斷溢出？若高位移出的是1，則左移時發(fā)生溢出帶符號整數(shù)：算術左移、算術右移左移：高位移出，低位補0?？赡芤绯觯∫绯雠袛啵喝粢瞥龅奈徊坏扔谛碌姆栁?，則溢出。右移：低位移出，高位補符，可能發(fā)生數(shù)據(jù)丟失。C語言程序中涉及的運算位擴展和位截斷運算用途類型轉(zhuǎn)換時可能需要數(shù)據(jù)擴展或截斷操作沒有專門操作運算符，根據(jù)類型轉(zhuǎn)換前后數(shù)據(jù)長短確定是擴展還是截斷擴展：短轉(zhuǎn)長無符號數(shù)：0擴展，前面補0帶符號整數(shù)：符號擴展，前面補符截斷：長轉(zhuǎn)短強行將高位丟棄，故可能發(fā)生“溢

7、出”例1：在大端機上輸出si,usi,i,ui的十進制和十六進制值是什么？shortsi=-12345;unsignedshortusi=si;inti=si;unsingnedui=usi;si=-12345CFC7usi=53191CFC7i=-12345FFFFCFC7ui=531910000CFC7例2：i和j是否相等？inti=53191;shortsi=(short)i;intj=si;不相等！i=531910000CFC7si=-12345CFC7j=-12345FFFFCFC7原因：對i截斷時發(fā)生

8、了“溢出”，即：53191截斷為16位數(shù)時，有效數(shù)據(jù)丟失，無法被正確表示！MIPS定點算術運算指令InstructionExampleMeaningCommentsaddadd$1,$2,$3$1=$2+$33operands;exceptionpossiblesubtractsub$1,$2,$3$1=$2–$33operands;exceptionpossibleaddimmediateaddi$1,$2,100$1=$2+100+constant;exceptionpossibleaddunsignedad

9、du$1,$2,$3$1=$2+$33operands;noexceptionssubtractunsignedsubu$1,$2,$3$1=$2–$33operands;noexceptionsaddimm.unsign.addiu$1,$2,100$1=$2+100+constant;noexceptionsmultiplymult$2,$3Hi,Lo=$2x$364-bitsignedproductmultiplyunsignedmultu$2,$3Hi,Lo=$2x$364-bitunsignedprod

10、uctdividediv$2,$3Lo=$2÷$3,Lo=quotient,Hi=remainderHi=$2mod$3divideunsigneddivu$2,$3Lo=$2÷$3,Unsignedquotient&remainderHi=$2mod$3涉及到的操作數(shù)：32/16位無符號數(shù)，32/16位帶符號數(shù)涉及到的操作：加/減/乘/除（有符號/無符號）MIPS邏輯運