計算機組成原理考研復(fù)習(xí)攻略-試讀

第1頁第1頁N計算機組成原理20232022.05.20第PAGE第5頁目錄寫在前面的話 2關(guān)于N諾 3如何使用本書？ 4目錄 5第一章計算機系統(tǒng)概述 7計算機發(fā)展歷程 8計算機系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu) 11計算機性能指標(biāo) 19章節(jié)習(xí)題 21第二章數(shù)據(jù)的表示和運算 23數(shù)制與編碼 24定點數(shù)的表示和運算 30浮點數(shù)的表示和運算 45算術(shù)邏輯單元ALU 49章節(jié)習(xí)題 54第三章存儲器層次結(jié)構(gòu) 64存儲器的分類 65存儲器的層次化結(jié)構(gòu) 67半導(dǎo)體隨機存取存儲器 71主存儲器與CPU的連接 79雙口RAM和多模塊存儲器 83高速緩沖存儲器(Cache) 85虛擬存儲器 94外部存儲器 101章節(jié)習(xí)題 107第四章指令系統(tǒng) 127指令格式 128指令的尋址方式 131CISC和RISC的基本概念 138章節(jié)習(xí)題 141第五章中央處理器(CPU) 154CPU的功能和基本結(jié)構(gòu) 155指令執(zhí)行周期 158控制器的功能和工作原理 162指令流水線 175章節(jié)習(xí)題 183第六章總線 190總線的概述 191總線仲裁 200總線操作和定時 205總線標(biāo)準 208章節(jié)習(xí)題 209第七章輸入輸出(I/O)系統(tǒng) 214I/O系統(tǒng)基本概念 215外部設(shè)備 219I/O接口(I/O控制器) 2267.4I/O方式 2297.5章節(jié)習(xí)題 240完結(jié)撒花 247N諾考研系列圖書 248計算機考研忠告 錯誤！未定義書簽?！颈菊轮R點匯總】計算機系統(tǒng)概述計算機性能指標(biāo)計算機發(fā)展歷程計算機發(fā)展的四個階段第一階段：電子管計算機第二次世界大戰(zhàn)是電子管計算機產(chǎn)生的催化劑英國為了解密德國海軍的密文而生產(chǎn)了第一臺電子管計算機。ENIAC。集成度小，空間占用大（但仍然是手工計算的百萬倍）操作復(fù)雜，更換程序需要接線第二階段：晶體管計算機著名計算機TX-0：MIT示器優(yōu)點：集成度相對較高，空間占用相對小功耗相對較低，運行速度較快操作相對簡單，交互更加方便第三階段：集成電路計算機（IC）優(yōu)點（具備了進入千家萬戶的條件）：1.計算機變得更小23.計算速度變得更快、14011.主打功能不同相互無法兼容家不愿意投入兩組人力由此，IBM推出兼容的產(chǎn)品System/360（操作系統(tǒng)的雛形）優(yōu)點：一個芯片集成了上百萬的晶體管速度更快，體積更小，價格更低，更能被大眾接受用途豐富：文本處理、表格處理、高交互的游戲與應(yīng)用PCappleapple第五個階段：未來的計算機1.體積小，效率高不易損壞，生物級別的自動修復(fù)不受信號干擾，無熱損耗20135NASAD-WaveTwo2017520191，IBM騰訊在2017年就組建了量子實驗室阿里巴巴在2017年成立了達摩院微型計算機的發(fā)展歷史發(fā)展條件：第一二階段不足以具備微機發(fā)展的條件，故微機從第三階段開始發(fā)展PAGEPAGE10頁CPU1.（1971-1973）500KHz（8）2.（1973-1978）1MHz（8）3.（1978-1985）500MHz（16）4.（1985-2000）高于1GHz頻率的微型計算機（字長32位）5.（2000-現(xiàn)在）高于2GHz頻率的微型計算機（字長64位）CPUCPU1.（2005）IntelCPU、AMD2.（2006）IntelCPUIntelCPUIntelCPU計算機系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)計算機系統(tǒng)的組成算機系統(tǒng)中實際物理裝置的總稱。軟件是指在硬件上運行的程序和相關(guān)的數(shù)據(jù)及文檔。硬件在邏輯上是等效的。在設(shè)計計算機系統(tǒng)時，要進行軟/硬件的功能分配。通常來說，一個實現(xiàn)可以提高靈活性，但效率往往不如硬件實現(xiàn)高。計算機硬件的基本組成早期的馮·諾依曼機現(xiàn)代計算機的基本結(jié)構(gòu)，以此概念為基礎(chǔ)的各類計算機通稱為馮·諾依曼機，其特點如下:計算機硬件系統(tǒng)由運算器、存儲器、控制器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備5大部件組成。指令和數(shù)據(jù)以同等地位存儲在存儲器中，并可按地址尋訪。指令和數(shù)據(jù)均用二進制代碼表示。指令由操作碼和地址碼組成，操作碼用來表示操作的性質(zhì)，地址碼用來表示操作數(shù)在存儲器中的位置。指令在存儲器內(nèi)按順序存放。通常，指令是順序執(zhí)行的，在特定條件下可根據(jù)運算結(jié)果或根據(jù)設(shè)定的條件改變執(zhí)行順序。型的馮·諾依曼計算機結(jié)構(gòu)如下圖所示。程序執(zhí)行結(jié)束。現(xiàn)代計算機的組織結(jié)構(gòu)器為中心的結(jié)構(gòu)，其他部件都通過運算器完成信息的傳遞，如上圖所示。IO設(shè)器之間完成，以提高系統(tǒng)的整體運行效率，其結(jié)構(gòu)如下圖所示。目前絕大多數(shù)現(xiàn)代計算機仍遵循馮·諾依曼的存儲程序的設(shè)計思想。計算機的功能部件功能部件包括如下幾種。(1)輸入設(shè)備用也最基本的輸入設(shè)備是鍵盤,此外還有鼠標(biāo)、掃描儀、攝像機等。(2）輸出設(shè)備輸出設(shè)備的任務(wù)是將計算機處理的結(jié)果以人們所能接受的形式或其他系統(tǒng)所要求的信息形式輸出。最常用、最基本的輸出設(shè)備是顯示器、打印機。計算機的輸入/輸出設(shè)備(簡稱TO設(shè)備)是計算機與外界聯(lián)系的橋梁，是計算機中不可缺少的重要組成部分。(3）存儲器存儲器是計算機的存儲部件，用來存放程序和數(shù)據(jù)。存儲器分為主存儲器(和輔助存儲器()。CPU能夠直接訪問的存儲器是主存儲器。輔助存儲器用于幫助主存儲器記憶更多的信息，CPU所訪問。1B(8bit)或是字節(jié)的偶數(shù)倍。(相聯(lián)存儲器是按內(nèi)容訪問的)。主存儲器的最基本組成如下圖所示。存儲體存放二進制信息,地址寄存器（MAR）存放訪存地址，經(jīng)過地址譯碼后找到所選的存儲單元。數(shù)據(jù)寄存器（MDR）用于暫存要從存儲器中讀或?qū)懙男畔?，時序控制邏輯用于產(chǎn)生存儲器操作所需的各種時序信號。元，記為1K。MARPCMDRMARMDRCPUCPU文提到的高速緩存(Cache）CPU(4)運算器進行的運算，如加、減、乘、除;邏輯運算包括與、或、非、異或、比較、移位等運算。運算器的核心是算術(shù)邏輯單元(ArithmeticandLogicalUnit，ALU)。運算器包含若干通（ACC)(MQ)(X)、變址寄存器(IX)、基址寄存器（BR）3運算器內(nèi)還有程序狀態(tài)寄存器(PSWALU志信息或處理機的狀態(tài)信息，如結(jié)果是否溢出、有無產(chǎn)生進位或借位、結(jié)果是否為負等。(5）控制器數(shù)器（PC)、指令寄存器（IR）和控制單元（CU）組成。PC1MARIRMDROP(IRCU，用以Ad(IR)MAR，用以取操作數(shù)。一般將運算器和控制器集成到同一個芯片上，稱為中央處理器（CPU)。CPU同構(gòu)成主機，而除主機外的其他硬件裝詈（外存、IO）統(tǒng)稱為外部設(shè)備，簡稱外設(shè)。ALU、通用寄存器組GPRs、標(biāo)志寄存器、MDR。圖ALU（讀/寫控制信號)。3組信號線。MAR中的/寫操作的主存存儲單元;控制線中有讀/寫信號線，CPUCPU,根據(jù)是讀操作還是寫操作來控制將MDRMDR中。計算機軟件的分類系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件軟件按其功能分類，可分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。戶使用。系統(tǒng)軟件主要有操作系統(tǒng)(OS)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)、語言處理程序、分布式軟件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)軟件系統(tǒng)、標(biāo)準庫程序、服務(wù)性程序等。序、工程設(shè)計類程序、數(shù)據(jù)統(tǒng)計與處理程序等。注意:數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS)和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（DBS)是有區(qū)別的。DBMS是位于用戶和操作系統(tǒng)之間的一層數(shù)據(jù)管理軟件，是系統(tǒng)軟件;而DBS是指計算機系統(tǒng)中引入數(shù)據(jù)庫后的系統(tǒng)，一般由數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理員DBA)和應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)成。三個級別的語言機器語言。又稱二進制代碼語言，需要編程人員記憶每條指令的二進制編碼。機器語言是計算機唯一可以直接識別和執(zhí)行的語言。匯編語言。匯編語言用英文單詞或其縮寫代替二進制的指令代碼，更容易為人們記憶為計算機的機器語言后，才能在計算機的硬件系統(tǒng)上執(zhí)行。編操作得到機器語言程序，或直接由高級語言程序翻譯成機器語言程序。計算機的工作過程計算機的工作過程分為以下三個步驟:把程序和數(shù)據(jù)裝入主存儲器。將源程序轉(zhuǎn)換成可執(zhí)行文件。從可執(zhí)行文件的首地址開始逐條執(zhí)行指令。從源程序到可執(zhí)行文件C語言程序，都必須被轉(zhuǎn)換為一系列的低級機器指令，這些指令按照一種稱為可執(zhí)行目標(biāo)文件的格式打好包，并以二進制磁盤文件的形式存放起來。UNIXGCC編譯器程序為例，讀取源程序文件hello.c，并把它翻譯成一個可hello4個階段完成，如下圖所示。預(yù)處理階段:預(yù)處理器（cpp）對源程序中以字符#開頭的命令進行處理，例如將#include命令后面的.h文件內(nèi)容插入程序文件。輸出結(jié)果是一個以.i為擴展名的源文件hello.i。hello.s匯編語言源程序中的每條語句都以一種文本格式描述了一條低級機器語言指令。匯編階段:匯編器(as）hello.s翻譯成機器語言指令，把這些指令打包成一個稱為可hello.o，它是一種二進制文件，因此在文本編輯器中打開它時會顯示亂碼。鏈接階段:鏈接器(ld)將多個可重定位目標(biāo)文件和標(biāo)準庫函數(shù)合并為一個可執(zhí)行目標(biāo)文hello.o和標(biāo)準庫函數(shù)prinft所在的可重定位目標(biāo)合并，生成可執(zhí)行文件hello。最終生成的可執(zhí)行文件被保存在磁盤上。指令執(zhí)行過程的描述的指令地址繼續(xù)讀出第二條指令并執(zhí)行，直到程序結(jié)束為止。(即將指令地址碼指示的存儲單元中ACC中）為例進行說明，其信息流程如下:MARM→MDR→IR將讀信號送讀/寫信號線，主存根據(jù)地址線上的地址和讀信號，從指定存儲單元讀出指令，送MDRIR中。同的執(zhí)行部件。在本例中，R中是取數(shù)指令，因此讀控制信號被送到總線的控制線上。送讀/MDR，再傳送到ACC中。(PC)+1→PC.注意:(PC)PC中存放的內(nèi)容。PC→MAR應(yīng)理解為(PC)→MAR，即程序計PC。當(dāng)題目中(PC)→MAR的括號未省略時，考生最好也不要省略。計算機系統(tǒng)的多級層次結(jié)構(gòu),因此必須有復(fù)雜的系統(tǒng)軟件和硬件的支持。由于軟/硬件的設(shè)計者和使用者都從不同的角度并用不同的語言來對待同一個計算機系統(tǒng),因此他們各自看到的計算機系統(tǒng)的屬性及對計算機系統(tǒng)提出的要求也就不同。計算機系統(tǒng)的多級層次結(jié)構(gòu)的作用，就是針對上述情況，根據(jù)從各種角度所看到的機器之,這里采用如下圖所示的層次結(jié)構(gòu)。1第3級是操作系統(tǒng)層，它由操作系統(tǒng)程序?qū)崿F(xiàn)。操作系統(tǒng)程序是由機器指令和廣義指令組以這一層也稱混合層。一層由匯編程序支持和執(zhí)行。種高級語言編譯程序支持和執(zhí)行。文字處理軟件、數(shù)據(jù)庫軟件、多媒體處理軟件和辦公自動化軟件等。3層～5的。術(shù)的不斷發(fā)展，部分軟件功能將由硬件來實現(xiàn)，因而軟/硬件交界面的劃分也不是絕對的。計算機性能指標(biāo)1，吞吐量：表示一臺計算機在某一時間間隔內(nèi)能夠處理的信息量，即流入、處理和流出系統(tǒng)的信息的速率。主要取決于主存存取周期，雙端口存儲器可以增加速度。2，響應(yīng)時間：表示從輸入有效到系統(tǒng)產(chǎn)生響應(yīng)之間的時間度量，也就是完成一個任務(wù)的全部時間。3，利用率：在給定的時間間隔內(nèi)系統(tǒng)被實際使用的時間所占的比率，用百分比表示。4，處理機字長：指處理機運算器中一次能夠完成（讀出/寫入）二進制數(shù)運算的位數(shù)，如32645，CPU6，KB.MB.GB.TB存儲器帶寬：單位時間內(nèi)從存儲器讀出的二進制信息量，一般用字節(jié)數(shù)/秒表示。求帶寬公式：帶寬=位點×工作效率（總線寬度）÷帶寬=總線寬度×總線頻率MHZ、GHZ。主頻的導(dǎo)數(shù)CPUT，T=1/f，us、ns。9，CPUCPUCPUCPU表示每條指令的周期數(shù)，即執(zhí)行一條指令所需的平均時鐘周期數(shù)。CPICPUCPI=某一部分×其所占比例+另一部分×其所占比例11，MIPS：表示平均每秒執(zhí)行多少百萬條定點指令數(shù)。MIPS÷（程序執(zhí)行時間×10^6）MIPS=時鐘頻率÷（CPI*10^6）12：MFLOPS：表示每秒百萬次浮點操作的次數(shù)。MFLOPS=程序中的浮點操作次數(shù)÷（程序執(zhí)行時間×10^6）幾個專業(yè)術(shù)語機組成的一個產(chǎn)品系列。硬件/軟件也能應(yīng)用于另一個型號的計算機系統(tǒng)時,稱這兩臺計算機在硬件或軟件上存在兼容性。3）軟件可移植性。指把使用在某個系列計算機中的軟件直接或進行很少的修改就能運行在另一個系列計算機中的可能性。固靈活性優(yōu)于硬件，是軟/硬件結(jié)合的產(chǎn)物。例如，目前操作系統(tǒng)已實現(xiàn)了部分固化（把軟件永恒地存儲于只讀存儲器中)。章節(jié)習(xí)題下列選項中，能縮短程序執(zhí)行時間的措施是。優(yōu)化數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu)III.對程序進行編譯優(yōu)化僅I和II B．僅I和III C．僅II和III 參考答案：DⅠ.CPUCPU所以主頻越高，CPU的速度也就快，程序的執(zhí)行時間就越短。CPU從而加快程序的執(zhí)行。Ⅲ.計算機程序需要先轉(zhuǎn)化成機器指令序列才能最終得到執(zhí)行，通過對程序進行編譯優(yōu)化可以得到更優(yōu)的指令序列，從而使得程序的執(zhí)行時間也越短·諾依曼結(jié)構(gòu)計算機基本思想的敘述中，錯誤的是A.程序的功能都通過中央處理器執(zhí)行指令實現(xiàn)參考答案：CⅠ．機器語言程序Ⅱ．匯編語言程序A．僅Ⅰ B．僅Ⅰ、Ⅱ C．僅Ⅰ、Ⅲ 、Ⅱ、Ⅲ參考答案：AⅠ.二進制的運算規(guī)則簡單A.僅Ⅰ、Ⅱ B.僅Ⅰ、Ⅲ C.僅Ⅱ、Ⅲ 、Ⅱ和Ⅲ參考答案：DA10090CPUI/O時間。若CPU速度提高50%，I/O速度不變，則運行基準程序A所耗費的時間是。A．55秒B．60秒C．65秒 D．70秒?yún)⒖即鸢福篋解析：A100CPU9010I/OCPU提速后運行基準程序A所耗費的時間是T=90/1.5+10=70秒。【本章知識點匯總】數(shù)制與編碼ALU數(shù)制與編碼進位計數(shù)制及其相互轉(zhuǎn)換進位基數(shù)和位的權(quán)是該位數(shù)值的大小。一個數(shù)的數(shù)值就等于各位數(shù)碼乘以該位的“位權(quán)”所得積之和。如：123.4=1×10^22×10^14×10^-1二進制數(shù)制二進制數(shù)制的基數(shù)是2，只有2個不同的數(shù)碼0和1，它是“逢二進位”的。移位性質(zhì):小數(shù)點右移一位（數(shù)值位左移），數(shù)值增大一倍，小數(shù)點左移一位（數(shù)值位右移)，數(shù)值減小為原來的一半。奇偶性質(zhì):最低位為0是偶數(shù)，最低位為1是奇數(shù)。二進制數(shù)與十進制數(shù)的等位性:3.32位二進制數(shù)碼來表示。:n=3.32×5=16．616位字長的數(shù)就可滿足要求。二進制與十進制的相互轉(zhuǎn)換真值和機器數(shù)機器數(shù)：一個數(shù)在計算機中的二進制表示形式，叫做這個數(shù)的機器數(shù)。機器數(shù)是帶符就是機器數(shù)真值：因為第一位是符號位，所以機器數(shù)的形式值就不等于真正的數(shù)值。例如上面有1000001141代表負，其真正數(shù)值是-3131（10000011轉(zhuǎn)換值。例，00000001的真值為+1，10000001的真值為-1BCD碼BCD碼是一種壓縮型碼，用于表示十進制數(shù)。BCD碼的定義：BCD（Binary-CodeDecimal）4位0~910個數(shù)碼，優(yōu)點是二進制和十進制之間的轉(zhuǎn)換可以6BCD碼有84213碼和2421碼。8421碼：8421NBCD（NaturalBinaryCodeDecimal）碼。它是一種有權(quán)碼，原理如下：設(shè)一個8421碼的各位數(shù)值為b3,b2,b1,b08、4、2、1，它表示的十進制數(shù)為：D=8b3+4b2+2b1+b0。余38421碼的基礎(chǔ)上加0013故稱。2421碼：2，4，2，1；特點是大于等于5的4位二進制數(shù)中的1505—10110101.BCD碼中，8421碼最常用，我覺得應(yīng)該是由于其表示方法比較簡單，并且容易轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)。檢驗碼奇偶校驗碼n1n+11的位數(shù)總保持為偶數(shù)（偶校驗）或奇數(shù)（奇校驗）1的個數(shù)為偶數(shù)。海明檢驗碼kr，在編制海明碼的時候，需要滿足海明不等式：2^r≥k+r+1數(shù)據(jù)位和校驗位的對應(yīng)關(guān)系表m1HmHm-1…H2H1。海明碼的編碼規(guī)則如下：各位為數(shù)據(jù)位，并按照從低到高逐位依次排列的關(guān)系分配各數(shù)據(jù)位。海明碼的每一位碼（包括數(shù)據(jù)位和校驗位本身）由多個校驗位校驗，其關(guān)系是被校驗的每一位位號要等于校驗它的各校驗位的位號之和。在增大合法碼的碼距時，使所有碼的碼距盡量均勻的增大,以保證對所有碼的驗錯能力平衡提高。下面是位一個8位二進制數(shù)編制海明碼：計算校驗位的數(shù)位由對應(yīng)的表可知，r最小為5。所以海明碼為{H13H12H11H10H9H8H7H6H5H4H3H2H1}由編碼原則二我們設(shè)置校驗碼的位置5pi，以示區(qū)分校驗位以及數(shù)據(jù)位。2^(i-1)Di，并按照從低到高逐位依次排列的關(guān)系分配各數(shù)據(jù)位。校驗位Pi1，2，4，8，16的位置上16513位H13H12H11H10H9H8H7H6H5H4H3H2H1P5D8D7D6D5P4D4D3D2P3D1P2P1推導(dǎo)過程：由規(guī)則二得每一位位號要等于校驗它的各校驗位的位號之和5個校驗位只與本身有關(guān)，數(shù)據(jù)位則與多個校驗位有關(guān)。D1P1P2校驗，D3由P2P4校驗等。D1、D2、D4、D5、D7（1的(類推D2、D3、D4、D8D5、D6、D7、D8（原數(shù)據(jù)位校驗不均衡，數(shù)據(jù)位出現(xiàn)的次數(shù)不同，所以應(yīng)讓數(shù)據(jù)位出現(xiàn)次數(shù)相同）D1、D2、D3、D5、D6、D8。（3次校驗方程：D2⊕D4⊕D5⊕D7D3⊕D4⊕D8D6⊕D7⊕D8D2⊕D3⊕D5⊕D6⊕D8假設(shè)：D8-D1,海明校驗位的取值就是P1,P2,P3,P4,P5在數(shù)據(jù)的接收端，接收到海明校驗位為,P4’,P5’P1’⊕P1S2=P2’⊕P2檢錯和糾錯：S1-S5全為零時，表明無錯。0時，表明兩位海明碼出錯。S4-S1四位得編碼值給出。定點數(shù)的表示和運算定點數(shù)的表示計算機中參與運算的數(shù)有兩大類：無符號數(shù)和有符號數(shù)。整個機器字長的全部二進制位均為數(shù)值位，沒有符號位，相當(dāng)于數(shù)的絕對值。對于一個，82^8種不同的狀態(tài)，+或者-來判斷一個數(shù)是正數(shù)還是負數(shù)，于是約定在二進制數(shù)的最高位，設(shè)置一個符號標(biāo)志。0代表該數(shù)為正數(shù)，1代表該數(shù)為負數(shù)。有符號數(shù)的機器表示有原碼、補碼、反碼和移碼。定點表示：在定點表示中，小數(shù)點的位置是固定不變的，做一個簡單的約定：對于定點小數(shù)來說，小數(shù)點在符號位后面定點小數(shù)80，擴展后不改變原有值。定點小數(shù)符號擴展：低位補0定點整數(shù)小數(shù)點的隱含位置而導(dǎo)致的。原碼表示：+絕對值純小數(shù)的原碼表示：x10.8125,x20.8125, 真值（十進制形式）x10.1101,x20.1101, 真值（二進制形式）=+0，-1[x1]0.1101[x2]0.11011.0000，計算機的做法：“加”（正數(shù)和負數(shù)其絕對值是相同的，對于計算機來說只需要加上符號位即可）符號擴展為8位機器字長后：[x1]0.1101000[x2]0.1101000??)點對稱）純整數(shù)的原碼表示：x1=+14,x2=?14，真值（十進制形式）x11110x2=?1110x_1=+1110,真值（二進制形式）>機器碼，需要將圖形化的符號處理掉[x1]原=0,1110，[x2]原=0,11101,00001,1110計算機的做法：“加”符號擴展為8位機器字長后：[x1]原=0,0001110，[x2]原=1,0001110n+1，則原碼整數(shù)的表示范圍為?(2^n?1)≤x≤2^n?1（關(guān)于原點對稱）統(tǒng)一將加減法變成加法來處理。先進行有符號數(shù)和無符號數(shù)的對比，發(fā)現(xiàn)求得的結(jié)果并不匹配！此時就需要進行一個補碼操作：8處，無非就兩種操作方式：逆時針（減法操作）：10-2=8順時針（加法操作）：10+10=2012個單208，也就是一個取模操作：20mod12=8;10可以看成，先是加上了這個時鐘的最大計量范12，然后減去了需要操作的數(shù)。最后得出結(jié)論：對于正數(shù)來說，其原碼和補碼相同。對于負數(shù)來說，符號位不變，數(shù)值位取反（反碼）加上1。1操作是互逆的！原碼<->1實現(xiàn)。反碼表示：對于正數(shù)來說，原碼和反碼相同對于負數(shù)來說，符號位不變，數(shù)值位取反即可移碼表示：順序。移碼大，真值大。移碼小，真值小。定點數(shù)的運算移位運算：對于10進制數(shù)字：100.02位：1.00010010^22位1010^11位計算機是不會提供單獨的存儲單元存儲小數(shù)點，所以采用移位的方式rn位，相當(dāng)于÷r^n,n位，相當(dāng)于×r^n無符號數(shù)：邏輯移位有符號數(shù)：算術(shù)移位邏輯移位：注意：不管是邏輯左移還是邏輯右移都是添0算術(shù)移位：在算術(shù)移位中，符號位固定不變2（10類似）。右移一位，如果不考慮因為移出而舍去的末尾尾數(shù)，相當(dāng)于除以2。0于空位的添補規(guī)則也不同。加法與減法運算：=A+(-B)，故在此將機器中的減法運算和加法運算合在一起討論?，F(xiàn)代計算機中都采用補碼作加減法運算。補碼加法的基本公式為：整數(shù)： [A]補+[B]補=[A+B]補 (mod2^(n+1))小數(shù)： [A]補+[B]補=[A+B]補 (mod2)即補碼表示肋兩個數(shù)在進行加法運算時，可以把符號位與數(shù)位同等處理，只要結(jié)果不就能得到本次加法的運算結(jié)果。A-B=A+(-B)則[A-B]補=[A+(-B)]補由補媽加法基本公式可得：整數(shù)： [A-B]補=[A]補+[-B]補(mod2^(n+1))小數(shù)： [A-B]補=[A]補+[-B]補 (mod2)1而得。x+y補=1.110121丟掉）x+y=0.0111解：[x]補=0.1001，[y]補=1.1101,[-y]補=0.0011[x]補-[y]補=[x]補+[-y]補=0.1001+0.0011=0.1100x-y=0.11008A=-93，B=+45，求[A-B]補。補=1,10100112^n1)“1[]補0,0B8，A-B=-138超出了機器字長所能表示的范圍。在計算機中，這種超出機器斷。碼定點加減運算判斷溢出有三種方法。用一位符號位判斷溢出。對于加法，只有在正數(shù)加正數(shù)和負數(shù)加負數(shù)兩種情況下才可以及運算結(jié)果與操作數(shù)的符號關(guān)系。分的最大絕對值為2nx和y的絕對值都小于2nx)和x)2n，因此只需考慮(+x)+(+y)和(-x)+(-y)zxx0=1y0=1時，z0=0x0=0y0=0時，z0=1說明數(shù)據(jù)溢出。這樣可列出下表所示的判斷邏輯的真值表。PAGEPAGE39頁根據(jù)真值表，可得判斷溢出的邏輯表達式：這種溢出判斷方法不僅需要判斷加法運算的結(jié)果，而且需要保持原操作數(shù)。利用數(shù)據(jù)編碼的最高位（符號位）和次高位（數(shù)值部分的最高位）的進位狀況來判斷運算結(jié)果是否發(fā)生了溢出。兩個補碼數(shù)實現(xiàn)加減運算時，若最高數(shù)值位向符號位的進位值與符號位產(chǎn)生的進位輸出值xyn+1位正整數(shù)時，其和有兩種情況：x+y<2^nx+y≥2^nxy都溢出。減法的情況與此類似，這種判斷方法的邏輯表達式如下：[x]補=01011[y]補=01001[x+y]補=01011+01001=10100補。解： [x]補=10011，[y]補=10101PAGEPAGE40頁[x+y]補=10011+10101=01000兩個負數(shù)相加，最高兩位的進位為10，表示發(fā)生了溢出，其結(jié)果為正數(shù)，顯然是錯誤的。采用雙符號位補碼進行判斷。正常時兩個符號位的值相同，在運算結(jié)果中當(dāng)兩個符號位不同時則表明發(fā)生了溢出。運算結(jié)果的符號位為01表明兩個正數(shù)相加，結(jié)果大于機器所能表示的最大正數(shù)，稱為上溢；運算結(jié)果的符號位為10表明兩個負數(shù)相加，結(jié)果小于機器所能表00：00+00+00（進位）=00 （mod4）符號位的運算為11；11+11+01（進位）=11 （mod4）當(dāng)運算結(jié)果的兩個符號位不相同時，表明出現(xiàn)了溢出。[x+y]補。解：[x]補=001100,y]補=001000[x+y]補=001100+001000=01010001，表示已溢出。6位雙符號位補碼之和[x+y]補。解：[x]補=110100[y]補=11100010，表示已溢出。10；任何大于-11。如果兩個數(shù)01101的數(shù)相加，有進位而符號位無進位時產(chǎn)生上溢出；當(dāng)最高數(shù)據(jù)位無進位而符號位有進位時，表示下溢出。儲，只是在將數(shù)據(jù)送往運算部件進行運算時才把符號位進行復(fù)制形成雙符號位補碼。乘法運算：運算方法不僅有助于乘法器的設(shè)計，也有助于乘法編程。下面從分析筆算乘法入手，介紹機器中用到的幾種乘法運算方法。分析筆算乘法：A×B。所以A×B=+0.10001111可見，這里包含著被乘數(shù)4的多次左移，以及四個位積的相加運算。法做些改進。筆算乘法的改進：=0.1A+0.001?A+0.0001?A=0.1A+0.00?A+0.001(A+0.1A）=0.1A+0.01[0?A+0.1(A+0.1A)=0.1{A+0.1[0?A+0.1(A+0.1A)]}=2^-1{A+2^-1[0?A+2^-1(A+2^-1A)]}=2^-1{A+2^-1[0?A+2^-1(A+2^-1(A+0))]}對計算機來說是非常容易實現(xiàn)的。從初始值為0開始，對上式作分步運算，則第一步：被乘數(shù)加零 A+0=0.1101+0.0000=0.1101第二步：右移一位，得新的部分積 2^-1(A+0)＝0.01101第三步：被乘數(shù)加部分積 A+2^-1(A+0)=0.1101+0.01101=1.00111第四步：右移一位，得新的部分積 第五步： =0.100111第六步： 2^-1{0?A+2^-1[A+2^-1(A+0)]}=0.0100111第七步： [A+2^-1(A+0)]}=1.0001111第八步： 2^-1{A+2^-1[0?A+2^-1(A+2^-1(A+0))]}=0.10001111上述運算過程可歸納為：①乘法運算可用移位和加法來實現(xiàn)，當(dāng)兩個四位數(shù)相乘，總共需做四次加法和四次移位。時，乘數(shù)也右移一位，由次低位作新的末位，空出最高位放部分積的最低位。置。因加法只在部分積的高位進行，故不但節(jié)省了器材，而且還縮短了運算時間。除法運算:分析筆算除法:x/y筆算除法時，商的符號心算而得：負正得負；其數(shù)值部分的運算如下面豎式。其特點可歸納如下：(被除數(shù))10。②0，再減去右移后的除數(shù)。是：“心算”上商，必須通過比較被除數(shù)(或余數(shù))和除數(shù)絕對值的大小來確定商值，(夠減)1,差為負(不夠減)0。結(jié)果是一樣的，但對線路結(jié)構(gòu)更有利。不過此刻所得到的余數(shù)不是真正的余數(shù)，只有將它乘2-n才是真正的余數(shù)。筆算求商時是從高位向低位逐位求的，而要求機器把每位商直接寫到寄存器的不同位綜上所述便可得原碼除法運算規(guī)則。浮點數(shù)的表示和運算浮點數(shù)的表示科學(xué)計數(shù)法：規(guī)格化的數(shù)，小數(shù)點前一位不為01.23×10^4解析一下這個式子，1.23是尾數(shù)，10是基，4是指數(shù)（階碼）相應(yīng)的，二進制同樣道理如：1.1012^11111.101是尾數(shù)，2是基，1111是指數(shù)因此對尾數(shù)和指數(shù)分別編碼即可表示一個浮點數(shù)（