計算機組成與體系結(jié)構(gòu)

1、計算機組成與體系結(jié)構(gòu)?復(fù)習(xí)提綱(2)定點整數(shù):(1)(2)(3)(4)工作(5)(大都是理論性的知識點，相關(guān)練習(xí)請參照課件和各章習(xí)題) 計算機的五大組成部件及其根本功能。輸入設(shè)備 Input devices存儲器運算器控制器:從計算機外部輸入信息Memory Unit :存放數(shù)據(jù)、指令等Arithmetic and Logic Unit (ALU) :執(zhí)行算術(shù)、邏輯運算Control Unit (CU):分析指令，控制指令的執(zhí)行，協(xié)調(diào)其它部件輸出設(shè)備 Output devices :將加工后的信息輸出信息處理的中心部件， 合稱為“中央處理單元(CPU;存儲運算器和控制器是器、運算器和控制器在信

2、息處理操作中起主要作用，是計算機硬件的主體局部,通常被稱為“主機。部設(shè)備，簡稱為外設(shè)或二. sign magnitude(補碼)biased1 sign magnitude(1)定點小數(shù)：X,1-X- 1+閔輸入(Input )設(shè)備和輸出(Output)設(shè)備統(tǒng)稱為“外 I/O 設(shè)備。(原碼)one s complement (反碼)two s complement(移碼)的表小與相關(guān)計算(原碼)0 x 1其中X】原是機器數(shù)，x 是真值X“原 211 x = 2B+x(3)原碼小數(shù)的表示范圍：最大值 1- 2 1 最小值-(1- 2 j);假設(shè)原碼小數(shù)的位數(shù)是 8 位(n=7)時，其該數(shù)表示的最

3、大值、最小值：127/128,-127/128。(4)原碼整數(shù)的表示范圍： 最大值 2n-1 最小值-(2n-1);假設(shè)原碼整數(shù)的位數(shù)是 8 位，其表示的最大值、最小值 127, -127。(5)總結(jié)：原碼為符號位加上數(shù)的絕對值，0 正 1 負；原碼零有兩個編碼，+0 和-0編碼不同；原碼加減運算復(fù)雜，乘除運算規(guī)那么簡單；原碼表示簡單，易丁同真值之間進行轉(zhuǎn)換。最大缺點：加減法運算復(fù)雜。因為：當(dāng)兩數(shù)相加時，如果同號那么數(shù)值相加，如果異號，那么要進行減法，而在進行減法時，還要比擬絕對 值的大小，然后大數(shù)減去小數(shù)，最后還要給結(jié)果選擇恰當(dāng)?shù)姆枴? one s complement(反碼)(1)定點小

4、數(shù)：rfJT0JT1成I (2 2F) +xT JT式00 x 2n-2n x 0由反碼求補碼的公式：補=&】反+ 2即：假設(shè)要一個負數(shù)變補碼，其方法是符號位置 1,其余各位 0 變 1, 1 變 0,然后在最末位(2-n)上加 1。(2)定點整數(shù)：_ J *0 x2n白反=1 (2站1_1) +弋-2x0(3)總結(jié)：負數(shù)反碼為符號位跟每位數(shù)的反，0 正 1 負；反碼零有兩個編碼,+0 和-0 的編碼不同；反碼難以用丁加減運算；反碼的表數(shù)范圍與原碼相同。3 two s complement(補碼)(1)定點小數(shù)：(2)定點整數(shù):0 0A 00000111 11001 11111001算

5、術(shù)移位：假設(shè) X】補=X0. x1 x2 - - - xn , x/2】補=X0. x0 x1 x2 xn -1(5) 補碼編碼的簡便方法：正數(shù)的補碼在其二進制代碼前加上符號位0;負數(shù)的補碼是將二進制代碼前加 0 后,再全部按位取反，然后在最低位上加 1(6) 補碼的運算：由X】補求-x】補將X】補連同符號一起將各位取反， 末位再加 1。4 biased(移碼)f X0 0 x 1L 2 + x = 2 |x|-1-1 modmod2 )( (modmod 2 2Il+1Il+1) )假設(shè)補碼小數(shù)的位數(shù)是(1) 定點整數(shù)：刈移=2 + X -2n x2n注意:移碼中符號位 x0 表示的規(guī)律與原

6、碼、補碼、反碼相反一一“ 1正，“0負。(2) 特點：a 在移碼中，最局位為 0 表小負數(shù)，最局位為 1 表小正數(shù)，這與原碼、補碼、反 碼的符號位取值正好相反。b 移碼為全 0 時所對應(yīng)的真值最小，為全 1 時所對應(yīng)的真值最大！移碼的大小直 觀地反映了真值的大小。c 真值 0 在移碼中的表示形式是唯一的，即：+0移=+0移=100, 00移碼把真值映射到一個正數(shù)域，所以可將移碼視為無符號數(shù)，直接按無符號數(shù)規(guī) 那么比擬大小。d 同一數(shù)值的移碼和補碼除最高位相反外，其他各位相同。5 各種碼之間的轉(zhuǎn)換(1)原碼求補碼：正數(shù)X 補=X】原；負數(shù)符號除外，各位取反，末位加 1補碼與真值之間的轉(zhuǎn)換：方法一

7、 X =戈 2 +毛 2+尤婦 2 +呵方法二符號位為“ 1 -負，余下求補為數(shù)值局部；符號位為“ 0 -正，余下 為數(shù)值局部(3)移碼和補碼的關(guān)系：當(dāng)0 x2u時，【、移=x.+ 2u當(dāng)-2ax時，x森= 2-+#補-2職=對補(4)移碼、補碼和真值之間的關(guān)系真值(十進制)真值(二進制)X* 卜(補碼)X移(移碼)-128-1000,00001000,00000000,0000-127-0111,11111000,00010000,0001,-1-0000,00011111,11110111,111100000,00000000,00001000,000010000,00010000,000

8、11000,0001,1270111,11110111,11111111,1111(5)碼制表示法小結(jié)：a X】原、X】反、X】補用“0表示正號，用“ 1表示負號;b X移用“1表示正號，用“ 0表示負號c 如果 X 為正數(shù)，貝 Ux】原=tx】反=k】補。d 如果 X 為 0, WJ x】補、X】移 有唯一 編碼，X原、X反有兩種編碼。e 移碼與補碼的形式相同，只是符號位相反。三.溢出(overflow )及檢測方法1 溢出兩個正數(shù)相加：結(jié)果大丁機器所能表示的最大正數(shù)，稱為上溢；兩個負數(shù)相加：結(jié)果小丁機器所能表示的最小負數(shù)，稱為下溢。2 檢測方法(1) 單符號位法當(dāng)最高有效位有進位而符號位無

9、進位時，產(chǎn)生上溢；當(dāng)最高有效位無進位而符號位有進位時，產(chǎn)生下溢。(簡單地說是正數(shù)相加為負數(shù)或負數(shù)相加為正數(shù)那么產(chǎn)生溢出)故溢出邏輯表達式為：V= Cf 金 CO其中 Cf 為符號位產(chǎn)生的進位,Co 為最高有效位產(chǎn)生的進位。此邏輯表達式也可 用異或門實現(xiàn)。(2) 雙符號位法將符號位擴充為兩位(Sf1、Sf2),其所能表示的信息量將隨之?dāng)U大，既能判別是 否溢出，乂能指出結(jié)果的符號。雙符號位法也稱為“變形補碼或“模 4 補 碼。變形補碼定義：0 x24+x-2 x OPOP (A)(A) AjAj一地址指令：指令格式，指令格式，OPA A | |操作：操作：(AC)(AC) OPOP (A)(A)

10、ACAC指令字的長度取決丁操作碼的長度、操作數(shù)地址的長度和操作數(shù)地址的個數(shù)。指令字長度與機器字長度沒有固定的關(guān)系，它可以等丁機器字長，也可以大丁或 小丁機器字長。指令字長度等丁機器字長度的指令， 稱為單字長指令；指令字長等丁兩個機器字 長的指令，稱為雙字長指令；指令字長度只有半個機器字長度的指令，稱為半字長指令。(具體實例見課件 Ch_1011 Instrucion Sets(2) 幻燈片 92 99)十一.存放器的分類及作用1 MBR(D 戚據(jù)緩沖存放器)作用：暫時存放由內(nèi)存儲器讀出的一條指令或一個 數(shù)據(jù)字；反之,當(dāng)向內(nèi)存存入一條指令或一個數(shù)據(jù)字時，也暫時將它們存放在數(shù)據(jù)緩沖存放器中。2 指

11、令存放器(IR)作用：保存當(dāng)前正在執(zhí)行的一條指令。當(dāng)執(zhí)行一條指令時， 先把它從內(nèi)存取到數(shù)據(jù)緩沖存放器中，然后再傳送至指令存放器。3 程序計數(shù)器(PC 作用：保持的總是將要執(zhí)行的下一條指令的地址，順序執(zhí) 行時：PC+ 1,遇轉(zhuǎn)移指令時，PC 的內(nèi)容由 IR 中的地址字段取得具有存放信息 和計數(shù)兩種功能4 MAR(AR 地址存放器) 作用：地址存放器用來保存當(dāng)前 CPUff 訪問的內(nèi)存單元 的地址。由丁在內(nèi)存和 CPM 問存在著操作速度上的差異，所以必須使用地址寄 存器來保持地址信息，直到內(nèi)存的讀/寫操作完成為止。5 累加存放器(AC 作用：累加存放器 AC 通常簡稱為累加器，它是一個通用寄 存器

12、。其功能是：當(dāng)運算器的算術(shù)邏輯單元 ALU 執(zhí)行算術(shù)或邏輯運算時，為 ALU 提供一個工作區(qū)。累加存放器暫時存放 ALU 運算的結(jié)果信息。顯然，運算器中至 少要有一個累加存放器。6 狀態(tài)條件存放器(PSW Program Status Word ) 作用：保存由算術(shù)指令和邏輯指令運行或測試的結(jié)果建立的各種條件碼內(nèi)容，如運算結(jié)果進位標(biāo)志 (C),運 算結(jié)果溢出標(biāo)志(V),運算結(jié)果為零標(biāo)志(Z),運算結(jié)果為負標(biāo)志(N)等等。這些 標(biāo)志位通常分別由 1 位觸發(fā)器保存。十二.指令周期 (Instruction Cycle )的流程，并會用用方框圖語言表示見課件 Ch_12 Cpu Structure and Function(shumei)十三.微祁序，微指令，微命令，微操作的概念微程序：實現(xiàn)一條機器指令功能的許多條微指令組成的序列微指令：一組實現(xiàn)一定操作功能的微命令的組合微命令：控制部件通過控制線向執(zhí)行部件發(fā)出的各種控制命令 0微操作：執(zhí)行部件接受微命令后所進行的操作。十四.總線的分類1 數(shù)據(jù)傳送總線：由地址線、數(shù)據(jù)線、控制線組成。2 仲裁總線：包括總線請求線和總線授權(quán)線。3 中斷和同步總線：用于處理帶優(yōu)先級的中斷操作，包括中斷請求線和中斷認可4 公用線：包括時鐘信號線、電源線、地線、系統(tǒng)復(fù)位線以及加電或斷電的時 序信號線等。十五.外圍設(shè)備的 I/O 控制方式分類