Основные типы данных

12. Основные типы данных. Данные без знака и со знаком. Данные в формате с плавающей точкой. Тяги и дескрипторы. Самоопределяемые данные.

Основными типами данных в компьютерах являются байты, слова, двойные слова и квадрослова (рис.2.12.).

Данные со знаком

Представление таких данных и выполнение операций производится в дополнительном коде.

Данные без знака

Рис. 2.14. Данные без знака

Рекомендуемые материалы

Данные в формате с плавающей точкой

Формат включает три поля: знака, мантиссы и порядка (рис. 2.15). Поле мантиссы содержит значащие биты числа, а поле порядка содержит степень 2 и определяет масштабирующий множитель для мантиссы. Поддерживаются блоком FPU.

Двоично-десятичные данные (BCD)

На рис. 2.16 приведены форматы двоично-десятичных данных.

Рис.2.16. Форматы двоично-десятичных данных

Данные типа строка

Строка представляет собой непрерывную последовательность бит, байт, слов или двойных слов (рис. 2.17). Строка бит может быть длиной до 1 Гби-та, а длина остальных строк может составлять от 1 байта до 4 Гбайтов. Под­держивается АЛУ.

Символьные данные

Поддерживаются строки символов в коде ASCII и арифметические опе­рации (сложение, умножение) над ними (рис. 2.18). Поддержка осуществля­ется блоком АЛУ.

Данные типа указатель

Указатель содержит величину, которая определяет адрес фрагмента дан­ных. Поддерживается два типа указателей, приведенных на рис. 2.19.

Диапазон представления целых чисел лежит в интервале от -2⁶⁴ до 2⁶⁴. Диапазон нормализованных чисел с двойной точностью - от ±2,23 х 10^-308  до ±1,79х 10^-308, а с расширенной точностью - от ±3,37 х 10^-4932 до ± 1,18 x 10⁴⁹³².

Теги и дескрипторы. Самоопределяемые данные

Одним из эффективных средств совершенствования архитектуры совре­менных ЭВМ является теговая организация памяти, при которой каждое хра­нящееся в памяти (или регистре) слово снабжается указателем - тегом (рис. 2.20,а). Последний определяет тип данных - целое двоичное число, чис­ло с плавающей точкой, десятичное число, адрес, строка символов, дескрип­тор и т.д.

Рис.2.20. Структура описания данных: а) с теговой     организацией памяти; б) дескриптор данных

В поле тега обычно указывается не только тип, но и длина (формат) и некоторые другие его параметры. Теги формируются компилятором.

Наличие тегов придает хранящимся в машине данным свойство самоопределяемости, вносящее принципиальные особенности в архитектуру и функционирование ЭВМ.

Отметим, что ЭВМ с теговой памятью (самоопределяемыми данными) выходит за рамки модели вычислительной машины фон Неймана, где тип (характер) данного определяется командой, использующей данное в качестве операнда. В обычных ЭВМ, соответствующих классической модели фон Неймана, тип данных — операндов и их формат задаются кодом операции команды, а в раде случаев размер (формат) определяется следующими поля­ми команды.

Лекция "Лекция 19" также может быть Вам полезна.

Теговая организация памяти позволяет достигнуть инвариантности ко­манд относительно типов и форматов операндов, что приводит к значитель­ному сокращению набора команды машины. Это упрощает и делает более ре­гулярной структуру процессора, облегчает работу программиста, в том числе при отладке программ, упрощает компиляторы и сокращает затраты времени на компиляцию (отпадает необходимость выбора типа команды в зависимо­сти от типа данных), облегчает обнаружение ошибок, связанных с некор­ректным заданием типов данных (например, при попытке сложить адрес с числом с плавающей точкой).

В качестве недостатка теговой организации памяти можно указать на некоторое замедление работы процессора из-за того, что установление соот­ветствия типа команды типу данных, в обычных ЭВМ выполняемое на этапе компиляции, при использовании тегов переносится на этап выполнения про­граммы.

В архитектуре некоторых ЭВМ используются дескрипторы — служеб­ные слова, содержащие описание массивов данных и команд, причем деск­рипторы могут употребляться как в машинах с теговой организацией памяти, так и без тегов.

Дескриптор содержит сведения о размере массива данных, его местопо­ложении (в ОП или внешней памяти), адресе начала массива, типе данных, режиме защиты данных (например, запрет записи в ячейки массива) и неко­торых других параметрах данных. Отметим, что задание в дескрипторе раз­мера массива позволяет контролировать выход за границу массива при ин­дексации его элементов. На рис. 2.20,6 в качестве примера представлен один из видов дескрипторов - дескриптор данных.

Дескриптор содержит специфический тег — ТДС, указывающий, что данное слово является дескриптором определенного вида; Ук — группа ука­зателей; А — адрес начала массива данных; L — длина массива; Х — индекс.

Использование в архитектуре ЭВМ дескрипторов подразумевает, что обращение к информации в памяти производится через дескрипторы, кото­рые при этом можно рассматривать как дальнейшее развитие аппарата кос­венной адресации.