計(jì)算機(jī)組成原理[及網(wǎng)絡(luò)課堂同步](羅克露)

1、主要內(nèi)容：主要內(nèi)容： 計(jì)算機(jī)的基本概念計(jì)算機(jī)的基本概念 系統(tǒng)硬件組成系統(tǒng)硬件組成（主要部件、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)）（主要部件、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)） 計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo)計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo)第一章第一章 概論概論 第一節(jié)第一節(jié) 計(jì)算機(jī)的基本概念計(jì)算機(jī)的基本概念1.1.1 馮馮 諾依曼思想諾依曼思想1. 用二進(jìn)制代碼表示程序和數(shù)據(jù)；用二進(jìn)制代碼表示程序和數(shù)據(jù)；2. 計(jì)算機(jī)采用存儲程序的工作方式；計(jì)算機(jī)采用存儲程序的工作方式；3. 計(jì)算機(jī)硬件由存儲器、運(yùn)算器、控制計(jì)算機(jī)硬件由存儲器、運(yùn)算器、控制 器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備組成。器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備組成。1.1.2 信息的數(shù)字化表示信息的數(shù)字化表示 1. 在計(jì)算機(jī)中用數(shù)字代碼表示各

2、種信息在計(jì)算機(jī)中用數(shù)字代碼表示各種信息 二進(jìn)制代碼二進(jìn)制代碼例例1 用數(shù)字代碼表示數(shù)據(jù)用數(shù)字代碼表示數(shù)據(jù) 5 - 5 表示為表示為 0 101 表示為表示為 1 101 例例2 用數(shù)字代碼表示字符用數(shù)字代碼表示字符 A B 表示為表示為 1000001 表示為表示為 1000010 例例3 用數(shù)字代碼表示命令、狀態(tài)用數(shù)字代碼表示命令、狀態(tài) 啟動啟動 停止停止 正在工作正在工作 工作結(jié)束工作結(jié)束 表示為表示為 00 表示為表示為 01 表示為表示為 10 表示為表示為 11 2. 在物理機(jī)制上用數(shù)字信號在物理機(jī)制上用數(shù)字信號 數(shù)字型電信號數(shù)字型電信號例例1 用電平信號表示數(shù)字代碼用電平信號表示數(shù)

3、字代碼 高電平高電平 1 低電平低電平 高電平高電平 0 1 例例2 用脈沖信號表示數(shù)字代碼用脈沖信號表示數(shù)字代碼 有脈沖有脈沖無脈沖無脈沖 有脈沖有脈沖101 表示數(shù)字代碼表示數(shù)字代碼 實(shí)現(xiàn)并行實(shí)現(xiàn)并行操作操作實(shí)現(xiàn)串行實(shí)現(xiàn)串行操作操作1.1.3 存儲程序工作方式存儲程序工作方式 1.事先編制程序事先編制程序 3.自動、連續(xù)地執(zhí)行程序自動、連續(xù)地執(zhí)行程序 2.事先存儲程序事先存儲程序 傳統(tǒng)諾依曼機(jī)串行執(zhí)行指令。傳統(tǒng)諾依曼機(jī)串行執(zhí)行指令。 對傳統(tǒng)諾依曼機(jī)的改造：增加對傳統(tǒng)諾依曼機(jī)的改造：增加并并行處理行處理功能。功能。第二節(jié)第二節(jié) 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件組成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件組成1.2.1 主要功能部件

4、主要功能部件1. CPU由運(yùn)算器、控制器組成。由運(yùn)算器、控制器組成。（1） 運(yùn)算器運(yùn)算器 1）功能：）功能：加工信息加工信息。 2）組成：）組成：移位器移位器ALUALU選擇器通用寄存器組通用寄存器組選擇器移位器移位器ALUALU選擇器通用寄存器組通用寄存器組選擇器 ALU: ALU: 通過加法器實(shí)現(xiàn)運(yùn)算通過加法器實(shí)現(xiàn)運(yùn)算操作（由全加器求和、由進(jìn)位操作（由全加器求和、由進(jìn)位鏈傳遞進(jìn)位信號）。鏈傳遞進(jìn)位信號）。移位器移位器ALUALU選擇器通用寄存器組通用寄存器組選擇器 通用寄存器組：提供操作數(shù)，通用寄存器組：提供操作數(shù)，存放運(yùn)算結(jié)果。存放運(yùn)算結(jié)果。移位器移位器ALUALU選擇器通用寄存器組通用

5、寄存器組選擇器 選擇器：選擇操作數(shù)；選擇控選擇器：選擇操作數(shù)；選擇控制條件，實(shí)現(xiàn)各種算法。制條件，實(shí)現(xiàn)各種算法。移位器移位器ALUALU選擇器通用寄存器組通用寄存器組選擇器 移位器：直接或者移位移位器：直接或者移位送出運(yùn)算結(jié)果。送出運(yùn)算結(jié)果。 3）討論）討論 幾種典型的運(yùn)算器組成幾種典型的運(yùn)算器組成 幾種主要的運(yùn)算方法（定、?。追N主要的運(yùn)算方法（定、浮）（2）控制器）控制器 1）功能：）功能：產(chǎn)生控制命令產(chǎn)生控制命令(微命令微命令)， 控制全機(jī)操作控制全機(jī)操作。 2）組成：）組成：微命令發(fā)生器微命令發(fā)生器指令信息指令信息狀態(tài)信息狀態(tài)信息時序信號時序信號微命令序列微命令序列微命令產(chǎn)生方式（指令

6、執(zhí)行控制方式）：微命令產(chǎn)生方式（指令執(zhí)行控制方式）： 3）討論）討論 兩種控制器組成原理與控制機(jī)制；兩種控制器組成原理與控制機(jī)制； 模型機(jī)的模型機(jī)的數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu)和和指令執(zhí)行指令執(zhí)行過程過程。組合邏輯控制方式：組合邏輯控制方式：微程序控制方式：微程序控制方式：由組合邏輯電由組合邏輯電 路產(chǎn)生微命令路產(chǎn)生微命令由微指令產(chǎn)生由微指令產(chǎn)生微命令微命令存儲體存儲體地址寄存器地址寄存器譯碼器譯碼器讀讀/ /寫線路寫線路數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)寄存器控制線路控制線路2. 存儲器存儲器 1）功能）功能: 存儲信息存儲信息。 2）組成（主存儲器）：）組成（主存儲器）：存儲體存儲體地址寄存器地址寄存器譯碼器譯碼

7、器讀讀/ /寫線路寫線路數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)寄存器控制線路控制線路 存儲體存儲體: 存放信息的實(shí)體。存放信息的實(shí)體。 尋址系統(tǒng)尋址系統(tǒng)：對地址碼譯碼，：對地址碼譯碼，選擇存儲單元。選擇存儲單元。 讀讀/寫線路和數(shù)據(jù)寄存器寫線路和數(shù)據(jù)寄存器：完成讀：完成讀/寫寫操作，暫存讀操作，暫存讀/寫數(shù)據(jù)。寫數(shù)據(jù)。存儲體存儲體地址寄存器地址寄存器譯碼器譯碼器讀讀/ /寫線路寫線路數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)寄存器控制線路控制線路 控制線路控制線路：產(chǎn)生讀：產(chǎn)生讀/寫時序，控制讀寫時序，控制讀/寫操作。寫操作。 3. 輸入輸入/輸出設(shè)備輸出設(shè)備 1）功能：）功能：轉(zhuǎn)換信息轉(zhuǎn)換信息。 輸入輸入：原始信息：原始信息 代碼，送入主機(jī)代

8、碼，送入主機(jī)輸出輸出：處理結(jié)果：處理結(jié)果 人所能接受的形式，人所能接受的形式，并輸出并輸出（代碼）（代碼） 2）討論）討論 顯示器的工作原理和顯示器的工作原理和信息轉(zhuǎn)換信息轉(zhuǎn)換過程過程。 3）討論）討論 存儲單元讀存儲單元讀/寫原理、寫原理、存儲器邏輯設(shè)計(jì)存儲器邏輯設(shè)計(jì) 1.2.2 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1. 以總線為基礎(chǔ)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以總線為基礎(chǔ)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 總線：能為多個部件分時共享的總線：能為多個部件分時共享的一組信息傳送線路。一組信息傳送線路?？偪?線線部件部件部件部件部件部件總總 線線功能功能 內(nèi)總線內(nèi)總線 局部總線局部總線 系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線 外總線外總線信息信息 地址總線地址總線 數(shù)據(jù)

9、總線數(shù)據(jù)總線 控制總線控制總線時序時序 同步總線同步總線 異步總線異步總線格式格式 并行總線并行總線 串行總線串行總線方向方向 單向總線單向總線 雙向總線雙向總線 （1）以）以CPU為中心的雙總線結(jié)構(gòu)為中心的雙總線結(jié)構(gòu)CPUCPUM M接口接口接口接口I/OI/OI/OI/OI/OI/O 總線總線M M 總線總線 （2）單總線結(jié)構(gòu)）單總線結(jié)構(gòu)CPUCPUM M接口接口接口接口I/OI/OI/OI/O系系 統(tǒng)統(tǒng) 總總 線線 （3）以）以M為中心的雙總線結(jié)構(gòu)為中心的雙總線結(jié)構(gòu)CPUCPUM M接口接口接口接口I/OI/OI/OI/O系系 統(tǒng)統(tǒng) 總總 線線 M M 總線總線 （4）多級總線結(jié)構(gòu)）多級

10、總線結(jié)構(gòu)CPUCPURAMRAMROMROM公共接口公共接口總線控制邏輯總線控制邏輯M M擴(kuò)展板擴(kuò)展板I/OI/O接口板接口板局部總線局部總線系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線2. 采用通道或采用通道或IOP的大型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的大型系統(tǒng)結(jié)構(gòu) （1）帶通道的系統(tǒng)）帶通道的系統(tǒng)I/OI/O控制器控制器主機(jī)主機(jī)I/OI/O通道通道（2）帶）帶IOP的系統(tǒng)的系統(tǒng)CPUCPUM M接口接口I/OI/OIOPIOPLMLM接口接口I/OI/O系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線I/O總線總線3. 模型機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系系 統(tǒng)統(tǒng) 總總 線線CPUCPUM M公共接口公共接口接口接口接口接口I/OI/OI/OI/O4. 討論討論 接口：接口：

11、 中斷接口中斷接口、DMA接口接口 總線：分類、信號組成總線：分類、信號組成第三節(jié)第三節(jié) 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能指標(biāo)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能指標(biāo)1. 基本字長基本字長 指操作數(shù)的基本位數(shù)。指操作數(shù)的基本位數(shù)。 它影響計(jì)算精度、指令功能。它影響計(jì)算精度、指令功能。2. 存儲容量存儲容量 （1）主存容量）主存容量 指存儲單元個數(shù)位數(shù)。指存儲單元個數(shù)位數(shù)。決定地址位數(shù)決定地址位數(shù)表明編址單位表明編址單位表示為：表示為：字?jǐn)?shù)字長字?jǐn)?shù)字長（按字編址）（按字編址）或或 字節(jié)數(shù)字節(jié)數(shù)（按字節(jié)編址）（按字節(jié)編址）（2）外存容量）外存容量 常表示為常表示為字節(jié)數(shù)字節(jié)數(shù)。 外存容量與地址碼位數(shù)無關(guān)外存容量與地址碼位數(shù)無關(guān)。3.

12、 運(yùn)算速度運(yùn)算速度 （1）定點(diǎn)）定點(diǎn)/浮點(diǎn)四則運(yùn)算時間浮點(diǎn)四則運(yùn)算時間 （2）每秒平均執(zhí)行的指令條數(shù)（）每秒平均執(zhí)行的指令條數(shù)（MIPS） （3）CPU時鐘頻率（時鐘頻率（MHz） 總線位數(shù)總線時鐘頻率總線位數(shù)總線時鐘頻率 8 5. 處理功能處理功能 （1）指令系統(tǒng)功能（）指令系統(tǒng)功能（尋址方式尋址方式、指令指令 類型類型） （2）系統(tǒng)軟件配置）系統(tǒng)軟件配置總線帶寬總線帶寬 =4. 數(shù)據(jù)傳輸率數(shù)據(jù)傳輸率（B/S）第二章第二章 計(jì)算機(jī)中的信息表示計(jì)算機(jī)中的信息表示 數(shù)據(jù)信息數(shù)據(jù)信息控制信息控制信息數(shù)值型數(shù)據(jù)數(shù)值型數(shù)據(jù)非數(shù)值型數(shù)據(jù)非數(shù)值型數(shù)據(jù)指令信息等指令信息等 第一節(jié)第一節(jié) 數(shù)據(jù)信息的表示數(shù)據(jù)信

13、息的表示 2.1.1 表示數(shù)據(jù)的大小表示數(shù)據(jù)的大小二進(jìn)制、八進(jìn)制、十六進(jìn)制、二二進(jìn)制、八進(jìn)制、十六進(jìn)制、二-十進(jìn)制十進(jìn)制2.1.2 表示數(shù)據(jù)的符號表示數(shù)據(jù)的符號原碼、補(bǔ)碼、反碼原碼、補(bǔ)碼、反碼2.1.3 表示小數(shù)點(diǎn)表示小數(shù)點(diǎn)定點(diǎn)、浮點(diǎn)定點(diǎn)、浮點(diǎn)1. 定點(diǎn)表示法定點(diǎn)表示法無符號數(shù)無符號數(shù)定點(diǎn)整數(shù)定點(diǎn)整數(shù)定點(diǎn)小數(shù)定點(diǎn)小數(shù)00000000 11111111 （0） （255）11111111 01111111原原原原（-127） （127）補(bǔ)補(bǔ)10000000 01111111補(bǔ)補(bǔ)（-128） （127）1.1111111 0.1111111原原原原-(1-2-7) (1-2-7)1.0000000

14、 0.1111111補(bǔ)補(bǔ)補(bǔ)補(bǔ) （-1） (1-2-7)類型類型 E E浮點(diǎn)數(shù)真值：浮點(diǎn)數(shù)真值：N = + R N = + R M M 階碼階碼E Ef E E1 E Em M Mf M M1 MMn浮點(diǎn)數(shù)機(jī)器格式：浮點(diǎn)數(shù)機(jī)器格式：尾數(shù)尾數(shù)階符階符數(shù)符數(shù)符R R：階碼底，隱含約定。：階碼底，隱含約定。E E：階碼，為定點(diǎn)整數(shù)，補(bǔ)碼或移碼表示。：階碼，為定點(diǎn)整數(shù)，補(bǔ)碼或移碼表示。 其其位數(shù)位數(shù)決定決定數(shù)值范圍數(shù)值范圍； 階符階符表示表示數(shù)的大小數(shù)的大小。M M：尾數(shù)，為定點(diǎn)小數(shù)，原碼或補(bǔ)碼表示。：尾數(shù)，為定點(diǎn)小數(shù)，原碼或補(bǔ)碼表示。 其其位數(shù)位數(shù)決定決定數(shù)的精度數(shù)的精度； 數(shù)符數(shù)符表示表示數(shù)的正負(fù)數(shù)

15、的正負(fù)。尾數(shù)規(guī)格化：尾數(shù)規(guī)格化：1/21/2 M M 1 1最高有效位絕對值為最高有效位絕對值為1 12. 浮點(diǎn)表示法浮點(diǎn)表示法 第二節(jié)第二節(jié) 指令信息的表示指令信息的表示 指令：指示計(jì)算機(jī)執(zhí)行某類操作的信息的集合。指令：指示計(jì)算機(jī)執(zhí)行某類操作的信息的集合。本節(jié)主要討論：一般本節(jié)主要討論：一般指令格式指令格式 常用常用尋址方式尋址方式 面向用戶面向用戶指令類型指令類型2.2.1 指令格式指令格式指令基本格式指令基本格式操作碼操作碼 地址碼地址碼 D D一個一個一個或幾個一個或幾個1. 指令字長指令字長定長指令格式定長指令格式變長指令格式變長指令格式便于控制便于控制（1） 定長操作碼定長操作碼各

16、指令各指令的位置、位數(shù)固定相同。的位置、位數(shù)固定相同。（2 2）擴(kuò)展操作碼）擴(kuò)展操作碼各指令各指令的位置、位數(shù)不固定，根據(jù)需要的位置、位數(shù)不固定，根據(jù)需要變化。變化。合理利用存儲空間合理利用存儲空間2. 操作碼結(jié)構(gòu)操作碼結(jié)構(gòu)關(guān)鍵在設(shè)置擴(kuò)展標(biāo)志。關(guān)鍵在設(shè)置擴(kuò)展標(biāo)志。例例. 指令字長指令字長16位，可含有位，可含有3 3、2 2、1 1或或0 0個地址，每個地址占個地址，每個地址占4 4位。位。操作碼操作碼 地址碼地址碼 15 12 11 8 7 4 3 00000 0000 X X Y Y Z Z 1110 1110 X X Y Y Z Z.11111111 0000 0000 Y ZY Z 1

17、111 1111 1110 1110 Y ZY Z.三地址指令三地址指令 1515條條二地址指令二地址指令 1515條條11111111 11111111 0000 0000 Z Z 1111 11111111 1111 1110 1110 Z Z.一地址指令一地址指令 1515條條11111111 11111111 11111111 0000 0000 1111 11111111 1111 11111111 1111 1111.零地址指令零地址指令 1616條條（3）復(fù)合型操作碼）復(fù)合型操作碼操作碼分為幾部分，每部分表示一種操作。操作碼分為幾部分，每部分表示一種操作。例例. .某機(jī)算邏指令某

18、機(jī)算邏指令3. 地址結(jié)構(gòu)地址結(jié)構(gòu)0 1 2 3 4 5 6 7 8 15基本操作基本操作 進(jìn)位進(jìn)位 移位移位 回送回送 判跳判跳 操作數(shù)操作數(shù)指令中提供的地址數(shù)指令中提供的地址數(shù)存儲單元地址碼存儲單元地址碼寄存器編號寄存器編號（1）指令提供地址的方式）指令提供地址的方式顯地址方式顯地址方式隱地址方式隱地址方式:指令中明顯指明地址。指令中明顯指明地址。:地址隱含約定地址隱含約定,不出現(xiàn)在指令中。不出現(xiàn)在指令中。直接或間接給出直接或間接給出（2） 地址結(jié)構(gòu)的簡化地址結(jié)構(gòu)的簡化操作數(shù)操作數(shù)地址地址 四地址結(jié)構(gòu)指令四地址結(jié)構(gòu)指令格式：格式：使用使用隱地址隱地址可以減少指令中的地址數(shù)，可以減少指令中的地

19、址數(shù)，簡化簡化地址結(jié)構(gòu)地址結(jié)構(gòu)。 D1 D2 D3 D4 D1 D2 D3 D4結(jié)果結(jié)果地址地址下條指下條指令地址令地址功能：功能： (D1)(D1)(D2) D3(D2) D3(D4) (D4) 下條指令下條指令用指令計(jì)數(shù)器用指令計(jì)數(shù)器PCPC指示指令地址。指示指令地址。三地址結(jié)構(gòu)指令三地址結(jié)構(gòu)指令格式：格式：操作數(shù)操作數(shù)地址地址 D1 D2 D3 D1 D2 D3 結(jié)果結(jié)果地址地址下條指令地址下條指令地址功能：功能：轉(zhuǎn)移時，用轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移時，用轉(zhuǎn)移地址修改地址修改PCPC內(nèi)容。內(nèi)容。(D1)(D1)(D2) D3(D2) D3(PC) + 1 PC(PC) + 1 PC源源/目的目的二地址結(jié)構(gòu)

20、指令二地址結(jié)構(gòu)指令格式：格式： D1 D2 D1 D2 目的目的/源源功能：功能： (D1)(D1)(D2) D2/D1(D2) D2/D1(PC) + 1 PC(PC) + 1 PC雙操作數(shù)：雙操作數(shù)：一地址結(jié)構(gòu)指令一地址結(jié)構(gòu)指令格式：格式： D1 D1 隱含約定隱含約定單操作數(shù)：單操作數(shù)：功能：功能：零地址結(jié)構(gòu)指令零地址結(jié)構(gòu)指令格式：格式：(D1)(D1)(A) A(A) A(PC) + 1 PC(PC) + 1 PC(D1) D1(D1) D1(PC) + 1 PC(PC) + 1 PC 功能：功能：用于堆?；蛱厥庵噶畈僮鳌Ｓ糜诙褩；蛱厥庵噶畈僮鳌＠?ADD.ADD；執(zhí)行前：執(zhí)行前：低

21、低SPSP101020204646SPSP30304646執(zhí)行后：執(zhí)行后：高高低低高高2.2.2 尋址方式尋址方式是指是指尋找操作數(shù)地址或操作數(shù)的方式尋找操作數(shù)地址或操作數(shù)的方式。操作碼操作碼 立即數(shù)立即數(shù)S S（1） 立即尋址立即尋址指令直接給出操作數(shù)。指令直接給出操作數(shù)。1. 常見尋址方式常見尋址方式定長格式：定長格式：變長格式：變長格式：基本指令基本指令 立即數(shù)立即數(shù)S S數(shù)在指令中，數(shù)在指令中，其長度固定、其長度固定、有限。有限。數(shù)在基本指令之?dāng)?shù)在基本指令之后，其長度可變。后，其長度可變。用來提供常數(shù)、設(shè)置初值等。用來提供常數(shù)、設(shè)置初值等。操作碼操作碼 有效地址有效地址D D （2）

22、直接尋址直接尋址指令直接給出操作數(shù)地址。指令直接給出操作數(shù)地址。存儲單元號存儲單元號寄存器號寄存器號( (數(shù)在數(shù)在M M中中) )( (數(shù)在數(shù)在R R中中) ) 存儲器直接尋址存儲器直接尋址（直接尋址）（直接尋址）定長格式定長格式D D的位數(shù)有限的位數(shù)有限, ,限制訪存范圍限制訪存范圍變長格式變長格式 基本指令基本指令 D DL L D DH HD D的位數(shù)可覆蓋的位數(shù)可覆蓋整個存儲空間整個存儲空間S =S =（D D）操作碼操作碼 寄存器號寄存器號R R 存儲單元號存儲單元號寄存器號寄存器號( (數(shù)在數(shù)在M M中中) )( (數(shù)在數(shù)在M M中中) ) 寄存器直接尋址寄存器直接尋址 （寄存器尋

23、址）（寄存器尋址）格式格式R R所占位數(shù)少；所占位數(shù)少；訪問訪問R R比訪問比訪問M M快快格式格式S =S =（R R）用于訪問固定的存儲單元或寄存器。用于訪問固定的存儲單元或寄存器。（3 3）間接尋址）間接尋址指令給出操作數(shù)的間接地址。指令給出操作數(shù)的間接地址。 存儲器間址存儲器間址操作碼操作碼 間接地址間接地址D D D=0030D=003000600060.00600060 S S.S =(D)S =(D) M間址單元間址單元地址指針地址指針操作碼操作碼 寄存器號寄存器號R R 寄存器間址寄存器間址格式格式R R所占位數(shù)少；所占位數(shù)少；R R可提供全字長地址碼；可提供全字長地址碼；修改

24、修改R R內(nèi)容比修改內(nèi)容比修改M M內(nèi)容快。內(nèi)容快。格式格式S =(R)S =(R)指針不變指針不變(由指令指定由指令指定)，指針內(nèi)容可變，使同一指，指針內(nèi)容可變，使同一指令可指向不同存儲單元，以實(shí)現(xiàn)令可指向不同存儲單元，以實(shí)現(xiàn)程序的循環(huán)程序的循環(huán)、共享共享，并并提供轉(zhuǎn)移地址提供轉(zhuǎn)移地址。 堆棧尋址堆棧尋址操作碼操作碼 堆棧指針堆棧指針S SP P SPSP. S S.S =(SP)S =(SP) MR=02R=02 M0040004000400040 S S. .地址指針地址指針00700070.棧頂棧頂格式格式SPSP既可出現(xiàn)在既可出現(xiàn)在指令中，也可隱含約定。指令中，也可隱含約定。 變址尋

25、址變址尋址（4 4）變址、基址尋址及其變化）變址、基址尋址及其變化SPSP棧頂棧頂 M S S.低低高高堆棧向上生成堆棧向上生成壓棧：壓棧：SPSP自動減自動減1 1，再存數(shù)。，再存數(shù)。-(SP)-(SP)，自減型間址自減型間址。先取數(shù)，先取數(shù)，SPSP再自動加再自動加1 1。(SP)+(SP)+，自增型間址自增型間址。出棧：出棧：指令給出一個寄存器號和一個地址量，寄存指令給出一個寄存器號和一個地址量，寄存器內(nèi)容與地址量之和為有效地址。器內(nèi)容與地址量之和為有效地址。操作碼操作碼 R RX X D D D D的位數(shù)有限，若不能提供全字長地址碼，會使的位數(shù)有限，若不能提供全字長地址碼，會使訪存空間

26、受到限制訪存空間受到限制。變址寄存器號變址寄存器號例例. 用變址方式訪問一組連續(xù)區(qū)間內(nèi)的數(shù)組元素。用變址方式訪問一組連續(xù)區(qū)間內(nèi)的數(shù)組元素。S =(S =(R(RX X) )+ + D D) )D=D=首址首址D為存儲區(qū)首址；為存儲區(qū)首址；(R(RX X) )為所訪單元距離為所訪單元距離首址的長度；首址的長度；R RX X初值為初值為0 0，每訪問一，每訪問一個單元，個單元，(R(RX X)+1)+1。格式格式操作碼操作碼 R RX X D D 形式地址形式地址修改量修改量基準(zhǔn)地址基準(zhǔn)地址n-1n-1.0 01 12 2.D+1D+1D+2D+2D+n-1D+n-1 .格式格式（D的位數(shù)只需覆蓋

27、一個較小的位數(shù)只需覆蓋一個較小的存儲區(qū)間）的存儲區(qū)間） 基址尋址基址尋址基址寄存器號基址寄存器號R Rb b 4K4K指令給出一個寄存器號和一個地址量，寄存指令給出一個寄存器號和一個地址量，寄存器內(nèi)容與地址量之和為有效地址。器內(nèi)容與地址量之和為有效地址。操作碼操作碼 R Rb b D D 位移量位移量S =(S =(R(Rb b) )+ + D D) )基準(zhǔn)地址基準(zhǔn)地址 相對于基址的位移相對于基址的位移 M.R Rb b 4K4K改變改變Rb的內(nèi)容，程序能訪問的內(nèi)容，程序能訪問存儲空間中任何一個定長區(qū)存儲空間中任何一個定長區(qū)間間(4K)(4K)。便于訪問兩維數(shù)組中某類便于訪問兩維數(shù)組中某類指定

28、的元素。指定的元素。 4K4K 4K4KR Rb b M.R Rb bD=2D=2D=2D=2學(xué)生姓名學(xué)生姓名性別性別性別性別年齡年齡年齡年齡學(xué)生姓名學(xué)生姓名變址與基址的區(qū)別：變址與基址的區(qū)別：變址變址：指令提供：指令提供基準(zhǔn)量基準(zhǔn)量( (不變不變) )， R R提供提供修改量修改量( (可變可變) )；適；適 于處理一維數(shù)組。于處理一維數(shù)組。基址基址：指令提供：指令提供位移量位移量( (不變不變) )， R R提供提供基準(zhǔn)量基準(zhǔn)量( (可變可變) )；用；用 于擴(kuò)大有限字長指令的訪于擴(kuò)大有限字長指令的訪 存空間。存空間。S =(RS =(RX X)+(R)+(Rb b)+ D)+ D)格式格

29、式 基址加變址基址加變址變址寄存器號變址寄存器號指令給出兩個寄存器號和一個地址量，寄存指令給出兩個寄存器號和一個地址量，寄存器內(nèi)容與地址量之和為有效地址。器內(nèi)容與地址量之和為有效地址。位移量位移量操作碼操作碼 R RX X R Rb b D D 基址寄存器號基址寄存器號便于處理兩維數(shù)組。便于處理兩維數(shù)組。格式格式 相對尋址相對尋址指令給出位移量，指令給出位移量，PCPC內(nèi)容與位移量之和為有內(nèi)容與位移量之和為有效地址。效地址。位移量位移量操作碼操作碼 PCPC D D 或隱含指定或隱含指定S =(PC)S =(PC)D)D)有效地址相對有效地址相對PCPC上下浮動上下浮動, ,給給編程帶來方便編

30、程帶來方便。格式格式 頁面尋址頁面尋址指令給出位移量，指令給出位移量，PCPC的高位部分的高位部分與位移量拼與位移量拼接，形成有效地址。接，形成有效地址。位移量位移量操作碼操作碼 PCPC D D 或隱含指定或隱含指定S =(S =(PC)(PC)H H，D D) )例例. M為為64KB，劃，劃分為分為256頁，每頁頁，每頁256B。頁號頁號頁內(nèi)地址頁內(nèi)地址用于頁式管理存儲系統(tǒng)。用于頁式管理存儲系統(tǒng)。尋址速度快，適于組織程序模塊，尋址速度快，適于組織程序模塊，有效利用存儲空間。有效利用存儲空間。PC0165H7C.017CHS2. 對尋址方式的說明對尋址方式的說明 （1 1）操作碼隱含說明不

31、同尋址方式）操作碼隱含說明不同尋址方式例例. .某機(jī)指令操作碼最高兩位某機(jī)指令操作碼最高兩位0000：RRRR型指令，寄存器型指令，寄存器- -寄存器尋址寄存器尋址0101：RXRX型指令，寄存器型指令，寄存器- -變址尋址變址尋址1010：SISI型指令，基址型指令，基址- -立即尋址立即尋址1111：SSSS型指令，基址型指令，基址- -基址尋址基址尋址（2 2）指令中設(shè)置專門字段說明尋址方式）指令中設(shè)置專門字段說明尋址方式例例. .某機(jī)指令的每個地址字段中各設(shè)置一個某機(jī)指令的每個地址字段中各設(shè)置一個3 3位的尋址方式字段。位的尋址方式字段。操作碼操作碼 尋址方式尋址方式 R R 尋址方式

32、尋址方式 R R 源地址字段源地址字段目的地址字段目的地址字段3位位3位位2.2.3 2.2.3 指令類型指令類型1.1.傳送指令傳送指令源地址源地址 目的地址目的地址數(shù)數(shù)設(shè)置時需考慮：設(shè)置時需考慮：（1 1）規(guī)定傳送范圍）規(guī)定傳送范圍例例. DJS-100. DJS-100系列：系列： 8 80 0X86X86： IBM370IBM370：R R M MR R M M，R R R RR R M M，R R R R，M M M M（2 2）指明傳送單位）指明傳送單位例例. . 用操作碼說明用操作碼說明(VAX-11)(VAX-11)：用地址量說明用地址量說明(8(80 0X86)X86)：傳送

33、次數(shù)由傳送次數(shù)由計(jì)數(shù)器控制計(jì)數(shù)器控制MOVMOVB B 8 8MOV MOV AXAX，BXBX MOVMOVW W 1616MOVMOVL L 3232MOV MOV ALAL，BLBL MOV MOV EAXEAX，EBXEBX 例例. 80X86. 80X86的串傳送指令：的串傳送指令：REPREP MOVSWMOVSW（3 3）設(shè)置尋址方式）設(shè)置尋址方式在尋址方式的設(shè)置上幾乎不受限制，能比較在尋址方式的設(shè)置上幾乎不受限制，能比較集中地反映指令系統(tǒng)各種尋址方式的實(shí)現(xiàn)。集中地反映指令系統(tǒng)各種尋址方式的實(shí)現(xiàn)。8 8161632322.2.輸入輸入/ /輸出指令輸出指令各種信息各種信息主機(jī)主機(jī)

34、 外設(shè)外設(shè)設(shè)置時需考慮：設(shè)置時需考慮：（1 1）I/OI/O指令的功能擴(kuò)展指令的功能擴(kuò)展如何用通用如何用通用I/OI/O指令實(shí)現(xiàn)對各種具體設(shè)備的控制？指令實(shí)現(xiàn)對各種具體設(shè)備的控制？ I/OI/O指令中留有擴(kuò)展余地指令中留有擴(kuò)展余地指令中某些字段編碼事先不定義，需要時再約定指令中某些字段編碼事先不定義，需要時再約定其含義。其含義。 I/OI/O接口中設(shè)置控制接口中設(shè)置控制/ /狀態(tài)寄存器狀態(tài)寄存器用于外設(shè)種類、數(shù)量不多的場合。用于外設(shè)種類、數(shù)量不多的場合。（2 2）主機(jī)對外設(shè)的尋址方式）主機(jī)對外設(shè)的尋址方式如何設(shè)置控制如何設(shè)置控制/ /狀態(tài)寄存器是接口設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。狀態(tài)寄存器是接口設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。尋找

35、尋找I/OI/O接口中的寄存器的方式。接口中的寄存器的方式。主機(jī)用主機(jī)用輸出指令輸出指令或或傳送指令傳送指令將具體設(shè)備的控制命令將具體設(shè)備的控制命令按約定的代碼格式送往接口中的按約定的代碼格式送往接口中的控制寄存器控制寄存器，向外，向外設(shè)發(fā)出命令。設(shè)發(fā)出命令。外設(shè)的狀態(tài)信息也以某種格式放在接口的狀態(tài)寄存外設(shè)的狀態(tài)信息也以某種格式放在接口的狀態(tài)寄存器中，主機(jī)用器中，主機(jī)用輸入指令輸入指令或或傳送指令傳送指令從從狀態(tài)寄存器狀態(tài)寄存器中中取出有關(guān)信息進(jìn)行查詢、分析。取出有關(guān)信息進(jìn)行查詢、分析。I/OI/O端口端口尋找尋找I/OI/O接口中的寄存器接口中的寄存器的方式。的方式。如何為如何為I/OI/O

36、端口分配地址？端口分配地址？ 單獨(dú)編址單獨(dú)編址I/OI/O地址空間不占主存空間，可與主存空間重疊。地址空間不占主存空間，可與主存空間重疊。=1 =1 訪問存儲器訪問存儲器=0 =0 訪問訪問I/OI/O端口端口需設(shè)置標(biāo)志區(qū)分訪問對象，如需設(shè)置標(biāo)志區(qū)分訪問對象，如編址到寄存器編址到寄存器：為每個寄存器：為每個寄存器(I/O(I/O端口端口) )分配獨(dú)分配獨(dú) 立的端口地址；立的端口地址； I/OI/O指令中給出端口地址。指令中給出端口地址。M/IOM/IO 統(tǒng)一編址統(tǒng)一編址I/OI/O端口占據(jù)部分主存空間。端口占據(jù)部分主存空間。常將存儲空間的低端分配給主存單元，高端分配常將存儲空間的低端分配給主存

37、單元，高端分配給給I/OI/O端口，以示區(qū)分。端口，以示區(qū)分。編址到寄存器編址到寄存器 設(shè)置設(shè)置專用專用I/OI/O指令指令針對單獨(dú)編址，用針對單獨(dú)編址，用I/OI/O指令訪問指令訪問I/OI/O端口。端口。指令中說明輸入指令中說明輸入/ /輸出操作，并給出端口地址。輸出操作，并給出端口地址。 ：為每個寄存器：為每個寄存器(I/O(I/O端口端口) )分配總分配總 線地址；線地址； 訪問外設(shè)時，指令中給出總線地址。訪問外設(shè)時，指令中給出總線地址。（3 3）I/OI/O指令設(shè)置方式指令設(shè)置方式顯式顯式I/OI/O指令指令例例. 80X86I/O. 80X86I/O指令設(shè)置指令設(shè)置 輸入：輸入：I

38、N ALIN AL，n n；端口地址端口地址(n) AL(n) AL( (直接端口尋址直接端口尋址) ) IN ALIN AL，DXDX；間接端口地址間接端口地址(DX) AL(DX) AL( (間接端口尋址間接端口尋址) ) 輸出：輸出：OUT nOUT n，ALAL；(AL) n(AL) n( (直接端口尋址直接端口尋址) ) OUT DXOUT DX，ALAL；(AL) (DX)(AL) (DX)( (間接端口尋址間接端口尋址) )主機(jī)調(diào)用輸入機(jī)：主機(jī)調(diào)用輸入機(jī)： 用用傳送指令傳送指令實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)I/OI/O操作操作針對統(tǒng)一編址，用傳送指令訪問針對統(tǒng)一編址，用傳送指令訪問I/OI/O端口。端

39、口。不設(shè)專用不設(shè)專用I/OI/O指令。指令。例例. . 某機(jī)某機(jī)I/OI/O接口中設(shè)置接口中設(shè)置控制控制/ /狀態(tài)寄存器狀態(tài)寄存器CSRCSR, ,其總線地址為其總線地址為177550177550(8(8進(jìn)制進(jìn)制) )數(shù)據(jù)緩沖寄存器數(shù)據(jù)緩沖寄存器DBRDBR，其總線地址為，其總線地址為177552177552隱式隱式I/OI/O指令指令控制控制/ /狀態(tài)字格式：狀態(tài)字格式：出錯出錯 故障故障 忙忙 完成完成 允許中斷允許中斷 維護(hù)維護(hù) 校驗(yàn)校驗(yàn) 啟動啟動15 14 12 7 6 2 1 015 14 12 7 6 2 1 0啟動：啟動：測試：測試：取數(shù)：取數(shù)：主機(jī)主機(jī) 177550177550

40、控制字控制字( (啟動位為啟動位為1)1)傳送指令傳送指令主機(jī)主機(jī) 177550177550 狀態(tài)字狀態(tài)字傳送指令傳送指令主機(jī)主機(jī) 177552177552 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)傳送指令傳送指令 通過通過I/OI/O處理機(jī)進(jìn)行處理機(jī)進(jìn)行I/OI/O操作操作CPUCPU執(zhí)行簡單執(zhí)行簡單I/OI/O指令指令 ( (啟動、停止、查詢、清除啟動、停止、查詢、清除) )設(shè)置時需考慮設(shè)置時需考慮操作數(shù)類型操作數(shù)類型、符號符號、進(jìn)制進(jìn)制等；等；運(yùn)算結(jié)束后設(shè)置相應(yīng)運(yùn)算結(jié)束后設(shè)置相應(yīng)狀態(tài)標(biāo)志狀態(tài)標(biāo)志。兩級兩級I/OI/O指令指令（1 1）算術(shù)運(yùn)算指令）算術(shù)運(yùn)算指令I(lǐng)/OI/O處理機(jī)執(zhí)行處理機(jī)執(zhí)行I/OI/O操作指令操作指令

41、 ( (輸入、輸出輸入、輸出)3.3.算術(shù)邏輯運(yùn)算指令算術(shù)邏輯運(yùn)算指令（2 2）邏輯運(yùn)算指令）邏輯運(yùn)算指令實(shí)現(xiàn)對代碼位的實(shí)現(xiàn)對代碼位的設(shè)置設(shè)置、測試測試、清除清除、修改修改等。等。與與或或異或異或控制程序流程。控制程序流程。（1 1）轉(zhuǎn)移指令）轉(zhuǎn)移指令4. 4. 程序控制指令程序控制指令（2 2）轉(zhuǎn)子指令與返回指令）轉(zhuǎn)子指令與返回指令轉(zhuǎn)子：操作碼轉(zhuǎn)子：操作碼 子程序入口子程序入口無條件轉(zhuǎn)移無條件轉(zhuǎn)移條件轉(zhuǎn)移條件轉(zhuǎn)移循環(huán)循環(huán)：操作碼：操作碼 轉(zhuǎn)移地址轉(zhuǎn)移地址：操作碼：操作碼 轉(zhuǎn)移地址轉(zhuǎn)移地址 轉(zhuǎn)移條件轉(zhuǎn)移條件：轉(zhuǎn)移條件為循環(huán)計(jì)數(shù)值：轉(zhuǎn)移條件為循環(huán)計(jì)數(shù)值返回：操作碼返回：操作碼 返回地址返回地址同

42、一條返回指令應(yīng)能提供多個不同的返回地址。同一條返回指令應(yīng)能提供多個不同的返回地址。返回地址的存取：返回地址的存?。河枚褩４娣欧祷氐刂贰Ｓ枚褩４娣欧祷氐刂?。（3 3）軟中斷指令）軟中斷指令程序程序自陷指令自陷指令 第二章復(fù)習(xí)提綱第二章復(fù)習(xí)提綱1.I/O1.I/O指令的功能擴(kuò)展指令的功能擴(kuò)展( (目的、方法目的、方法) )，外設(shè)編址方，外設(shè)編址方式和指令設(shè)置方式。式和指令設(shè)置方式。2.2.基本概念：擴(kuò)展操作碼基本概念：擴(kuò)展操作碼( (擴(kuò)展方法擴(kuò)展方法) )、地址結(jié)構(gòu)、地址結(jié)構(gòu)( (簡化方法簡化方法) )、隱地址、顯地址、基本尋址方式、隱地址、顯地址、基本尋址方式( (立立即、直接、間址、變址即、直

43、接、間址、變址) )的含義與應(yīng)用場合。的含義與應(yīng)用場合。表示不同的功能調(diào)用表示不同的功能調(diào)用調(diào)試程序調(diào)試程序早期主要用于早期主要用于程序的調(diào)試程序的調(diào)試?，F(xiàn)在常常用于現(xiàn)在常常用于系統(tǒng)功能調(diào)用系統(tǒng)功能調(diào)用。以以 INT nINT n 的形式出現(xiàn)在程序中。的形式出現(xiàn)在程序中。 第三章第三章 CPUCPU子系統(tǒng)子系統(tǒng)運(yùn)算部件運(yùn)算部件 寄存器寄存器 寄存器寄存器控制部件控制部件運(yùn)算器運(yùn)算器控制器控制器本章主要討論：本章主要討論：運(yùn)算器運(yùn)算器 控制器控制器數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu)與外部的連接與外部的連接指令的執(zhí)行過程指令的執(zhí)行過程CPUCPU組成組成CPUCPU工作原理工作原理 第一節(jié)第一節(jié) 運(yùn)算器組織

44、運(yùn)算器組織 獨(dú)立結(jié)構(gòu)獨(dú)立結(jié)構(gòu)小型存儲小型存儲器結(jié)構(gòu)器結(jié)構(gòu)單口單口雙口雙口寄存器組寄存器組獨(dú)立獨(dú)立R R、雙口、雙口RAMRAM用用多路選擇器多路選擇器作為作為ALUALU的的輸入邏輯，輸入邏輯，單口單口RAMRAM用用鎖存器鎖存器作為作為ALUALU的輸入邏輯。的輸入邏輯。3.1.1 帶多路選擇器的運(yùn)算器帶多路選擇器的運(yùn)算器移位器移位器ALU多路選擇器多路選擇器多路選擇器多路選擇器R0RnR0. . . Rn R0. . . Rn 內(nèi)部總線（單向）內(nèi)部總線（單向）特點(diǎn)：特點(diǎn)：R R各自獨(dú)立；各自獨(dú)立；可同時向可同時向ALUALU提供兩個操作數(shù)；提供兩個操作數(shù)；采用單向內(nèi)總線。采用單向內(nèi)總線。3

45、.1.2 帶輸入鎖存器的運(yùn)算器帶輸入鎖存器的運(yùn)算器特點(diǎn)：特點(diǎn)：單口單口RAMRAM不能同時向不能同時向ALUALU提提供兩個操作數(shù)；供兩個操作數(shù)；用鎖存器暫存操作數(shù)；用鎖存器暫存操作數(shù)；采用雙向內(nèi)總線。采用雙向內(nèi)總線。移位器移位器ALU鎖存器鎖存器鎖存器鎖存器內(nèi)部總線（雙向）內(nèi)部總線（雙向）R0Rn通用寄存器組（小型存儲器）通用寄存器組（小型存儲器）3.1.3 位片式運(yùn)算器位片式運(yùn)算器特點(diǎn)：特點(diǎn)：用雙口用雙口RAMRAM（兩地址（兩地址端、兩數(shù)據(jù)端）作通端、兩數(shù)據(jù)端）作通用寄存器組，可同時用寄存器組，可同時提供數(shù)據(jù)；提供數(shù)據(jù)；用多路選擇器作輸入用多路選擇器作輸入邏輯，不需暫存操作邏輯，不需暫存

46、操作數(shù)；數(shù)；ALUALU增加乘、除功能，增加乘、除功能，用乘商寄存器存放乘用乘商寄存器存放乘數(shù)、乘積或商。數(shù)、乘積或商。例例. 4. 4位片運(yùn)算器粗框位片運(yùn)算器粗框移位器移位器ALU多路選擇器多路選擇器多路選擇器多路選擇器DO RAMDi B 地址地址 A 地址地址 CnDBDAG、P控制信息控制信息Cn+4乘商寄存器乘商寄存器444444444444 第二節(jié)第二節(jié) 運(yùn)算方法運(yùn)算方法3.2.1.1 補(bǔ)碼加減法補(bǔ)碼加減法數(shù)用補(bǔ)碼表示，符號位參加運(yùn)算。數(shù)用補(bǔ)碼表示，符號位參加運(yùn)算。實(shí)際操作能否只取決于操作碼實(shí)際操作能否只取決于操作碼？結(jié)果需不需修正？結(jié)果需不需修正？如何將減法轉(zhuǎn)換為加法？如何將減法

47、轉(zhuǎn)換為加法？ 3.2.1 定點(diǎn)加減運(yùn)算定點(diǎn)加減運(yùn)算1. 基本關(guān)系式基本關(guān)系式 ( X + Y )補(bǔ)補(bǔ) = X補(bǔ)補(bǔ) + Y補(bǔ)補(bǔ) （1） ( X - Y )補(bǔ)補(bǔ) = X補(bǔ)補(bǔ) + (-Y)補(bǔ)補(bǔ) （2）式（式（1）：）：操作碼為操作碼為“加加”時，兩數(shù)直接相加。時，兩數(shù)直接相加。3) X= 3 Y= 2 X補(bǔ)補(bǔ)=0 0011 Y補(bǔ)補(bǔ)=1 11100 0001（+1補(bǔ)碼）補(bǔ)碼）2) X= 3 Y= 2 X補(bǔ)補(bǔ)=1 1101 Y補(bǔ)補(bǔ)=1 11101 1011 （ 5補(bǔ)碼）補(bǔ)碼）1) X=3 Y=2 X補(bǔ)補(bǔ)=0 0011 Y補(bǔ)補(bǔ)=0 00100 0101（+5補(bǔ)碼）補(bǔ)碼）4) X= 3 Y= 2 X補(bǔ)補(bǔ)=1

48、 1101 Y補(bǔ)補(bǔ)=0 00101 1111 （1補(bǔ)碼）補(bǔ)碼）例例. 求求(X+Y)補(bǔ)補(bǔ) ( X + Y )補(bǔ)補(bǔ) = X補(bǔ)補(bǔ) + Y補(bǔ)補(bǔ) （1） ( X - Y )補(bǔ)補(bǔ) = X補(bǔ)補(bǔ) + (-Y)補(bǔ)補(bǔ) （2）式（式（2）：）：操作碼為操作碼為“減減”時，將減轉(zhuǎn)換為加。時，將減轉(zhuǎn)換為加。 1) X= 4 Y= 5 X補(bǔ)補(bǔ)=0 0100 Y補(bǔ)補(bǔ)=1 1011(-Y)補(bǔ)補(bǔ)=0 01010 1001（+9補(bǔ)碼）補(bǔ)碼）2) X= 4 Y= 5 X補(bǔ)補(bǔ)=1 1100 Y補(bǔ)補(bǔ)=0 0101(-Y)補(bǔ)補(bǔ)=1 10111 0111 （9補(bǔ)碼）補(bǔ)碼）例例. 求求(X Y)補(bǔ)補(bǔ)Y補(bǔ)補(bǔ) (Y)補(bǔ)補(bǔ)：將將Y Y補(bǔ)補(bǔ)變補(bǔ)變

49、補(bǔ)不管不管Y Y補(bǔ)補(bǔ)為正或負(fù)，將其符號連同為正或負(fù)，將其符號連同尾數(shù)一起各位變反，末位加尾數(shù)一起各位變反，末位加1 1。即將減數(shù)變補(bǔ)后與被減數(shù)相加。即將減數(shù)變補(bǔ)后與被減數(shù)相加。 X補(bǔ)補(bǔ)=0 0100 Y補(bǔ)補(bǔ)=1 1011 X補(bǔ)補(bǔ)=1 1100 Y補(bǔ)補(bǔ)=0 0101注意：某數(shù)的注意：某數(shù)的補(bǔ)碼表示補(bǔ)碼表示與某數(shù)與某數(shù)變補(bǔ)變補(bǔ)的區(qū)別。的區(qū)別。例例. 1 0101. 1 0101原原 1 10111 1011補(bǔ)碼表示補(bǔ)碼表示1 00111 0011補(bǔ)補(bǔ) 0 11010 1101變補(bǔ)變補(bǔ) 0 01010 0101原原 0 01010 0101補(bǔ)碼表示補(bǔ)碼表示符號位不變；符號位不變；負(fù)數(shù)尾數(shù)改變，負(fù)數(shù)尾

50、數(shù)改變，正數(shù)尾數(shù)不變。正數(shù)尾數(shù)不變。0 00110 0011補(bǔ)補(bǔ) 1 11011 1101變補(bǔ)變補(bǔ)符號位改變，符號位改變，尾數(shù)改變。尾數(shù)改變。補(bǔ)碼的機(jī)器負(fù)數(shù)補(bǔ)碼的機(jī)器負(fù)數(shù)2. 算法流程算法流程操作數(shù)用補(bǔ)碼表示，操作數(shù)用補(bǔ)碼表示，符號位參加運(yùn)算符號位參加運(yùn)算結(jié)果為補(bǔ)碼表示，符結(jié)果為補(bǔ)碼表示，符號位指示結(jié)果正負(fù)號位指示結(jié)果正負(fù)X補(bǔ)補(bǔ)+Y補(bǔ)補(bǔ)X補(bǔ)補(bǔ)+(-Y)補(bǔ)補(bǔ)ADDSUB3. 邏輯實(shí)現(xiàn)邏輯實(shí)現(xiàn)A(X補(bǔ)補(bǔ))B(Y補(bǔ)補(bǔ))+AABB+B+B+1CPA A（1）控制信號控制信號加法器輸入端：加法器輸入端：+A+A：打開控制門，將：打開控制門，將A A送送。+B+B：打開控制門，將：打開控制門，將B B送送

51、。+1+1：控制末位加：控制末位加 1 1 。+B+B：打開控制門，將：打開控制門，將B B送送。加法器輸出端：加法器輸出端： A：打開控制門，將結(jié)打開控制門，將結(jié) 果送果送A輸入端。輸入端。CPCPA A：將結(jié)果打入：將結(jié)果打入A A。（2）補(bǔ)碼加減運(yùn)算器粗框補(bǔ)碼加減運(yùn)算器粗框3.2.1.2 溢出判斷溢出判斷在什么情況下可能產(chǎn)生溢出？在什么情況下可能產(chǎn)生溢出？例例. .數(shù)數(shù)A A有有4 4位尾數(shù)，位尾數(shù)，1 1位符號位符號S SA A 數(shù)數(shù)B B有有4 4位尾數(shù)，位尾數(shù)，1 1位符號位符號S SB B 符號位參符號位參加運(yùn)算加運(yùn)算 結(jié)果符號結(jié)果符號S Sf f符號位進(jìn)位符號位進(jìn)位C Cf f

52、尾數(shù)最高位進(jìn)位尾數(shù)最高位進(jìn)位C C正確正確0 00110 0010（1）A=3 B=2 3+2：0 0101 （2）A=10 B=7 10+7： 0 10100 01111 0001 正溢正溢正確正確負(fù)溢負(fù)溢正確正確正確正確（3）A= -3 B= -2-3+(-2)：1 1011 1 11011 1110（4）A= -10 B= -7 -10+(-7)：0 1111 1 01101 1001（5）A=6 B= -4 6+(-4)：0 0010 0 01101 1100（6）A= -6 B=4 -6+4：1 1110 1 10100 0100（2）A=10 B=7 10+7 ：0 1010 0

53、01111 0001 （4）A= -10 B= -7 -10+(-7)：0 1111 1 01101 10011. 硬件判斷邏輯一硬件判斷邏輯一（SA、SB與與Sf的關(guān)系）的關(guān)系）溢出溢出= = S SA AS SB BS Sf fS SA AS Sf fS SB B2. 硬件判斷邏輯二硬件判斷邏輯二（Cf與與C的關(guān)系）的關(guān)系）正確正確0 00110 0010（1）A=3 B=2 3+2：0 0101 （2）A=10 B=7 10+7： 0 10100 01111 0001 正溢正溢正確正確負(fù)溢負(fù)溢正確正確正確正確（3）A= -3 B= -2-3+(-2)：1 1011 1 11011 111

54、0（4）A= -10 B= -7 -10+(-7)：0 1111 1 01101 1001（5）A=6 B= -4 6+(-4)：0 0010 0 01101 1100（6）A= -6 B=4 -6+4：1 1110 1 10100 0100Cf=0Cf=0C =0C =0Cf=0Cf=0C =1C =1Cf=1Cf=1C =1C =1Cf=1Cf=1C =0C =0Cf=1Cf=1C =1C =1Cf=0Cf=0C =0C =0111111（2）A=10 B=7 10+7 ： 0 1010 0 01111 0001 （4）A= -10 B= -7 -10+(-7)：0 1111 1 0110

55、1 10011. 硬件判斷邏輯一硬件判斷邏輯一（SA、SB與與Sf的關(guān)系）的關(guān)系）溢出溢出= = S SA AS SB BS Sf fS SA AS Sf fS SB B2. 硬件判斷邏輯二硬件判斷邏輯二（Cf與與C的關(guān)系）的關(guān)系）溢出溢出= C= Cf f C C3. 硬件判斷邏輯三硬件判斷邏輯三（雙符號位（雙符號位）（1）3+2：正確正確00 001100 001000 0101 （2）10+7：00 101000 011101 0001 正溢正溢正確正確負(fù)溢負(fù)溢正確正確正確正確（3）-3+(-2)：11 0111 11 110111 1110（4）-10+(-7)：10 1111 11

56、011011 1001（5）6+(-4)：00 0010 00 011011 1100（6）-6+4：11 1110 11 101000 0100第一符號位第一符號位Sf1第二符號位第二符號位Sf2溢出溢出= S= Sf1f1 S Sf2f2（2）A=10 B=7 10+7 ： 0 1010 0 01111 0001 （4）A= -10 B= -7 -10+(-7)：0 1111 1 01101 10011. 硬件判斷邏輯一硬件判斷邏輯一（SA、SB與與Sf的關(guān)系）的關(guān)系）溢出溢出= = S SA AS SB BS Sf fS SA AS Sf fS SB B2. 硬件判斷邏輯二硬件判斷邏輯二

57、（Cf與與C的關(guān)系）的關(guān)系）溢出溢出= C= Cf f C C3. 硬件判斷邏輯三硬件判斷邏輯三（雙符號位（雙符號位）3.2.1.3 移位操作移位操作邏輯移位邏輯移位 ：數(shù)碼位置變化，數(shù)值：數(shù)碼位置變化，數(shù)值不變不變。1. 移位類型移位類型算術(shù)移位算術(shù)移位 1 0 0 0 1 1 1 1循環(huán)左移：循環(huán)左移：0 ：數(shù)碼位置變化，數(shù)值：數(shù)碼位置變化，數(shù)值變化變化,符號位不變。符號位不變。1 0 0 1 1 1 1 算術(shù)左移：算術(shù)左移：1 0 0 1 1 1 1 10 1 1 1 1 0 (-15)(-30)（1）單符號位）單符號位 ： 0 01110 1110 （2）雙符號位：）雙符號位：00 1

58、110 00 01112.正數(shù)補(bǔ)碼移位規(guī)則正數(shù)補(bǔ)碼移位規(guī)則（3 3）移位規(guī)則）移位規(guī)則左移左移右移右移右移右移0 0111 0 0011 左移左移左移左移右移右移右移右移01 1100 00 1110 00 0111 數(shù)符不變數(shù)符不變（單：符號位不變；雙：第一符號（單：符號位不變；雙：第一符號位不變）。位不變）。空位補(bǔ)空位補(bǔ)0（右移時第二符號位移至尾數(shù)最高位）。（右移時第二符號位移至尾數(shù)最高位）。（1）單符號位）單符號位 ： 1 10111 0110 （2）雙符號位：）雙符號位：10 1100 11 01103.負(fù)數(shù)補(bǔ)碼移位規(guī)則負(fù)數(shù)補(bǔ)碼移位規(guī)則（3 3）移位規(guī)則）移位規(guī)則左移左移右移右移右移右

59、移1 1011 1 1101 左移左移右移右移右移右移11 0110 11 1011 數(shù)符不變數(shù)符不變（單：符號位不變；雙：第一符號（單：符號位不變；雙：第一符號位不變）。位不變）。左移空位補(bǔ)左移空位補(bǔ)0（第二符號位移至尾數(shù)最高位）。（第二符號位移至尾數(shù)最高位）。右移空位補(bǔ)右移空位補(bǔ)13.2.1.4 舍入方法舍入方法1. 0 0舍舍1 1入（原碼、補(bǔ)碼）入（原碼、補(bǔ)碼）0 00100原原 1 00101原原 1 11011補(bǔ)補(bǔ) 2. 末位恒置末位恒置1 1（原碼、補(bǔ)碼）（原碼、補(bǔ)碼）0 00100原原 1 11011補(bǔ)補(bǔ) 1 00101原原 0 0010原原 1 0011原原 1 1110補(bǔ)補(bǔ)

60、 0 0011原原 1 0011原原 1 1101補(bǔ)補(bǔ) 1 0011原原 1 1101補(bǔ)補(bǔ) 例例. 保留保留4位尾數(shù)：位尾數(shù)： 例例. 保留保留4位尾數(shù)：位尾數(shù)： 3.2.2 定點(diǎn)乘法運(yùn)算定點(diǎn)乘法運(yùn)算3.2.2.1 原碼一位乘法原碼一位乘法 每次用一位乘數(shù)去乘被乘數(shù)。每次用一位乘數(shù)去乘被乘數(shù)。 1.1.算法分析算法分析乘法乘法 部分積累加、移位。部分積累加、移位。例例. 0.11011.10111.1011乘積乘積 P = X P = X Y Y積符積符 S SP P= S= SX X S SY YX原原Y原原（1 1）手算）手算 0.11010.1101 0.10110.1011 11011