计算机组成原理2_6分解
大学信息技术PPT第2章 计算机组成原理
CPU的性能指标
• CPU总线速度
– CPU总线的工作频率和数据线宽度决定着CPU 与内存之间传输数据的速度快慢，总线速度快， CPU访问内存的 时间也可相应加快
• 高速缓存（cache）的容量与结构
– 它是介于高速CPU和相对低速的主存之间的存 储器。
– 程序运行过程中高速缓存有利于减少CPU访问 内存的次数。Cache容量越大、级数越多，命中 率就越高，CPU运行速度就越快。
• 存取速度快、容量相对小，价格相对高 • 直接与CPU相连接（CPU可直接访问） • 易失性，用于存放已经启动运行的程序和需要立即处
理的数据以及产生的结果。 • 存储介质：半导体芯片
7
内存储器和外存储器
–外存储器(简称外存或辅存)
• 存取速度慢、容量相对大，价格相对低 • 不直接与CPU相连接（CPU不能直接访问，其
– 软件一般固化在芯片上，功能和用途一般就不能轻易改变了。 – 大多满足实时信息处理、最小化存储容量、最小化功耗、适应恶劣工
作环境等要求。
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2.2 CPU的结构与原理
主要内容： CPU的内部结构 指令和指令系统的基本概念 指令执行过程 CPU的性能
12
CPU与内存的关系
控制信号
指令
控制器
中
内
控制信号
20
CPU的性能指标
• 指令系统
– 指令的类型和数目、指令的功能等都会影响程 序的执行速度
操作数地址 表示该指令所操作（处理）的数据（直接数）或
数据所在存储单元的地址
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指令系统兼容
• 由于每种类型的CPU都有自己的指令系统，因此， 某一类计算机的可执行程序代码未必能在其他计 算机上运行，这个问题称之为计算机的“兼容性” 问题。
计算机组成原理详解
计算机组成原理详解计算机组成原理是计算机科学与技术领域中的重要基础学科，它研究计算机硬件系统的各个组成部分以及它们之间的相互关系。
本文将以问题-解决的方式，详细阐述计算机组成原理的各个方面。
一、计算机组成原理的基本概念计算机组成原理是指计算机硬件系统的组成和工作原理，包括中央处理器（CPU）、存储器、输入设备和输出设备等。
其中，中央处理器负责执行各种计算和控制操作，存储器用于存储程序和数据，输入设备用于接收外部信号，输出设备用于显示计算结果或向外部发送信号。
二、计算机组成原理的关键技术1. 计算机指令系统计算机指令系统是计算机最基本的工作方式，它由指令集、寻址方式和指令执行流程等构成。
指令集是计算机能够执行的全部指令的集合，不同的计算机体系结构有不同的指令集。
寻址方式是指计算机执行指令时如何找到指令所需的操作数和结果存放的位置。
指令执行流程是指计算机按照指令顺序执行，逐条完成计算任务。
2. 计算机运算方法计算机运算方法包括算术运算和逻辑运算。
算术运算是对数据进行数字计算，包括加法、减法、乘法和除法等。
逻辑运算是对数据进行判断和比较，包括与、或、非和异或等。
计算机通过算术运算单元（ALU）和逻辑运算单元（ALU）来实现这些运算。
3. 计算机存储系统计算机存储系统用于存储程序和数据，包括主存储器和辅助存储器。
主存储器是计算机能够直接访问的存储空间，通常采用随机存储器（RAM）或只读存储器（ROM）。
辅助存储器是主存储器之外的存储设备，例如硬盘、光盘和磁带等。
4. 计算机输入输出系统计算机输入输出系统用于实现计算机与外部设备的数据交换，包括输入设备和输出设备。
输入设备用于将外部数据传输到计算机中，常见的有键盘、鼠标和扫描仪等。
输出设备用于将计算机处理的结果显示或输出到外部，常见的有显示器、打印机和音响等。
5. 计算机控制系统计算机控制系统用于协调和控制计算机系统的各个部件，包括指令控制、时序控制和数据传输控制等。
计算机组成原理
计算机组成原理计算机是一种智能化的现代科技设备，它可以处理信息，存储数据，且速度快，效率高，广泛应用于各个领域，且随着科技的进步与发展，计算机也日益成为了人们生活中不可或缺的一部分。
那么，什么是计算机组成原理呢？计算机组成原理是指计算机系统的各个部分的组合、结构、性能特点及其互相间的连接关系的理论与实践研究。
它是计算机的核心领域，包括计算机硬件的设计、电路的构成及连接方式，计算机系统整体的构成、功能特征、运行机制等方面。
计算机组成原理早在计算机发明之初就已经开始研究，是计算机科学的重要分支之一，具有重要的理论价值与实践意义。
计算机组成原理包括以下几个方面：一、计算机系统结构计算机系统是由硬件和软件两部分组成，硬件是指各种设备，如处理器、存储器、输入输出设备等，而软件则是指各种程序和数据。
计算机系统结构是指计算机硬件部分的组成，通常包括处理器、存储器、输入输出设备、系统总线等。
计算机系统结构的研究目的是为了优化计算机的性能，并提出各种实用的计算机结构方案。
二、计算机的数据表示与运算在计算机中，所有的数据都必须以二进制的形式进行处理。
数据在计算机内部的存储是通过一种称为二进制编码的方式进行的。
二进制编码，是一种用0和1表示数字的计算机语言。
在计算机的运算过程中，二进制数的加减乘除是主要的运算。
计算机的运算速度依靠的就是其二进制位运算的速度。
三、处理器处理器是计算机最重要的组成部分，它像计算机的大脑一样，控制和处理计算机的各种操作。
处理器由控制单元和运算单元组成，在控制单元中，有指令寄存器、程序计数器、存储器地址寄存器等组成。
在运算单元中，有算术逻辑部件、寄存器、数据通路等组成。
处理器的性能也是衡量计算机性能的重要指标之一。
四、存储器计算机中的存储器是指存放数据和程序的设备。
根据数据访问的速度及其与处理器的接口方式的不同，计算机的存储器可以分为多种类型，如内存、缓存等。
存储器的访问速度对计算机的运算速度有极大的影响，因此存储器的技术发展也是计算机性能提高的重要方面。
计算机组成原理大学计算机基础知识详解
计算机组成原理大学计算机基础知识详解计算机组成原理是计算机科学与技术专业的一门重要课程，它涵盖了计算机的各个方面，包括硬件、软件及其相互关系。
本文将详细介绍计算机组成原理的基础知识，帮助读者全面了解计算机的构造和工作原理。
一、计算机组成原理概述计算机组成原理是研究计算机硬件和软件的基本原理与方法的学科。
它主要包括计算机的层次结构、指令系统、存储器层次结构、输入输出系统和总线结构等内容。
通过学习计算机组成原理，我们能够理解计算机是如何实现各种功能的，为后续深入学习计算机相关技术奠定基础。
二、计算机层次结构计算机层次结构是计算机系统中不同层次组件的抽象和划分，常用的计算机层次结构有冯·诺伊曼模型和哈佛模型。
在冯·诺伊曼模型中，计算机由中央处理器（CPU）、存储器和输入输出设备组成，通过总线进行数据传输。
哈佛模型相比之下，将程序存储器和数据存储器分开，可以同时进行指令的取指和数据的访问。
三、指令系统指令是计算机执行的基本单元，指令系统包括指令的格式、指令的编码方式和指令的执行方式。
常见的指令格式有固定长度指令格式和变长指令格式，前者每条指令都占用固定的存储空间，而后者根据指令的复杂程度进行变长存储。
指令的编码方式有二进制编码和助记符编码，前者直接使用二进制进行表示，后者使用助记符方便人们记忆和理解。
指令的执行方式有单周期执行、多周期执行和流水线执行等，不同的执行方式对计算机的性能有不同的影响。
四、存储器层次结构存储器层次结构是计算机中不同层次存储器的抽象和划分，常见的存储器层次结构包括寄存器、高速缓存、主存和辅助存储器等。
寄存器是CPU内部的存储单元，速度最快但容量较小。
高速缓存位于CPU与主存之间，是存储器的缓冲区，用于提高存取速度。
主存是计算机中用于存储数据和程序的主要存储器，是计算机可以直接访问的内存。
辅助存储器则是主存的扩展，用于存储大量的数据和程序，如硬盘、固态硬盘等。
五、输入输出系统输入输出系统是计算机与外部设备进行数据交互的桥梁，它包括输入设备、输出设备和通信设备。
计算机组成原理新2.6'
• 当尾数用原码表示时,舍入规则：
① 只要尾数的最低位为1,或移出的几位中 有为1的数值位,就使最低位的值为1。 ② 0舍1入法,即当丢失的最高位的值为1时, 把这个1加到最低数值位上进行修正,否则舍 去丢失的的各位的值。
2011
计算机系
刘凤格
20
•
当尾数是用补码表示时,所用的舍入规则：
2011 计算机系 刘凤格 12
<2> 尾数求和
0. 0 0 1 1 0 1 1 0 (11) ＋ 1. 0 1 0 1 0 1 0 0
────────────────
1. 1 0 0 0 1 0 1 0 (11)
<3>规格化处理
尾数运算结果的符号位与最高数值位同值,应执行左规处理,结 果为1.00010101(10),阶码为 00 011。
x y 2 0.1011011
计算机系 刘凤格
2011
25
2011
计算机系
刘凤格
26
•
由于浮点运算分阶码和尾数两部分，因此浮点 运算器的硬件设置比定点运算器复杂。分析浮点 四则运算，对于阶码只有加减运算，对于尾数则 有加、减、乘、除四种运算。浮点运算器主要由 两个定点运算部件组成，一个是阶码运算部件， 用来完成阶码的加、减，以及控制对阶时小阶的 尾数右移次数和规格化时对阶码的调整；另一个 是尾数运算部件，用来完成尾数的四则运算及判 断尾数是否已规格化。此外，还需要有判断运算 结果是否溢出的电路等。
2011 计算机系 刘凤格 24
(2) 尾数乘法运算可采用原码阵列乘法器实现,即有 [Mｘ]原×[Mｙ]原＝[0.0110011]原×[1. 1110010]原 ＝[1.0101101,0110110]原 (3) 规格化处理 乘积不是规格化的数，需要左规, 尾数左移1位变为 1.1011010,1101100，阶码变为11 101(-3)。 (4) 舍入处理 尾数为负数,取尾数高位字长，按舍入规则,舍去低位 字长，故尾数为1.1011011 。 最终相乘结果为 [ｘ×ｙ]浮＝11 101,1. 1011011 3 其真值为
计算机组成原理实验2
表6-1 累加器A使用法
图6-2是累加器A判零线路
图6-2 累加器A判零线路
此线路利用内存模块中的与门7411(U21) 对或非门7427(U22)的三个输出组合，产生 ZD信号。ZD为1表示累加器A当前的内容为 零。当ZC电平正跳时ZD状态被存人触发器 7474(U19)，信号Z是它的输出。
图6-3是进位发生线路
计算机提供了一系列功能模块，这里逐一 介绍它们的组成和使用。
6.2 运算器模块
运算器模块(ALU)主要由累加器A(74198)运算器 ALU(74181x2)、累加器暂存器ACT(74377)、暂 存器TMP(74373)、输出缓冲器BUFFER(74245)， 以及进位产生线路、累加器判零线路等构成。
运算器模块上的开关KA、KB、KC以及寄存器堆 模块上的开关KR的不同组合，决定了实验计算机的 运算器结构。
从理论上讲， KA、KB、KC和KR可有16种不同 组合，但有实际逻辑意义的组合为以下几种(L表示 置左、R表示置右): (1).KA、KB、KC 、KR置为R、L、L、R，这种组 合的运算器结构如图6-5(a)。如果不使用寄存器堆， 则它简化为如图6-5(e)。
IR2(U10)是三态输出的8位寄存器。当它的接 数控制脉冲端CL出现电平正跳变时接数，当它的输 出控制OI为低电平输出，OI为高电平时IR2输出呈 高阻。
最新计算机组成原理课件第二章
1、原码表示法
定点整数x0. x1x2…xn
例：x=+11001110 , y=-11001110 [x]原=011001110 , [y]原=111001110
信息工程学院软件工程系 2021/1/22
1、原码表示法
原码特点： 表示简单，易于同真值之间进行转换，实现乘除运
算规则简单。 进行加减运算十分麻烦。
52位，指数偏移值是1023。因此规格化的64位浮点 数x的真值为：
x=(-1)S×(1.M)×2E-1023
e=E-1023
一个规格化的32位浮点数x的真值表示为
x=(-1)S×(1.M)×2E-127
e=E-127
信息工程学院软件工程系 2021/1/22
2.1.1数据格式
真值x为零表示：当阶码E为全0且尾数M也为全0时的值，结 合符号位S为0或1，有正零和负零之分。
计算机组成原理课件第二章
第二章 运算方法和运算器
2.1数据与文字的表示方法 2.2定点加法、减法运算 2.3定点乘法运算 2.4定点除法运算 2.5定点运算器的组成 2.6浮点运算方法和浮点运算器
信息工程学院软件工程系 2021/1/22
2.1.1数据格式
4、定点表示法的特点 定点数表示数的范围受字长限制，表示数的范围有
真值x为无穷大表示：当阶码E为全1且尾数M为全0时，结合 符号位S为0或1，也有+∞和-∞之分。
这样在32位浮点数表示中，要除去E用全0和全1（25510）表 示零和无穷大的特殊情况，指数的偏移值不选128 （10000000），而选127（01111111）。对于规格化浮点数， E的范围变为1到254，真正的指数值e则为-126到+127。因此 32位浮点数表示的绝对值的范围是10-38～1038（以10的幂表
计算机组成原理课件讲解PPT
控制器
负责从存储器中提取指令，对整 个计算机进行协调和控制。
寄存器
用于快速存储和访问计算机执行 过程中需要用到的数据。
流水线技术的应用
流水线技术是将一个大的任务分成若干个小任务，分别处理后再组合成整体任务的技术，可以大大提高计算机 运行速度。
计算机性能指标
CPU主频
衡量CPU运行速度的重要标准。
存储器的层次结构
高速缓存
位于CPU和主内存之间，是存储器层次结 构中速度最快也最小的一层。
主内存
是计算机中大小和访问速度相对均衡的存 储器，主要用于保存程序及数据。
辅助存储器
数据传输速度较慢的存储器，常用于长期存储，如硬盘和光盘。
中央处理器的组成与工作原理
运算器
负责进行各种算术和逻辑运算， 是中央处理器的核心部分。
输入输出设备的分类
人机交互设备
如鼠标、键盘、触摸屏等，用于交互式操 作和输入。 Nhomakorabea图形设备
如显示器、投影仪等，用于显示图像、视 频等数据。
字符设备
如打印机、扫描仪等，用于数据输入输出。
输入输出方式的实现
1
中断方式
2
当有输入输出任务需要处理时，CPU会
停止当前的操作，并进入服务程序处理
输入输出任务。
3
计算机硬件系统的构架
1
冯诺依曼体系结构
由冯诺依曼于1945年提出，是计算机硬件结构设计的基本原则。
2
哈佛体系结构
指将指令和数据储存在不同的内存中，使得数据和指令可以同时传输。
3
人工智能体系结构
指为了加速特定类型的人工智能计算而设计的硬件和软件。
计算机组成原理详解
计算机组成原理详解计算机组成原理是研究计算机系统的组成和工作原理的学科，它涉及计算机硬件和软件的各个方面，包括计算机的组件、功能模块、数据传输和处理等等。
在本文中，我们将详细介绍计算机组成原理的相关知识。
一、计算机的基本组成计算机是由硬件和软件两个部分组成的。
硬件部分包括中央处理器（CPU）、存储器、输入设备、输出设备和各种接口。
而软件部分则包括操作系统、应用软件和系统软件等。
1. 中央处理器（CPU）中央处理器是计算机的核心部件，它负责执行计算机的各种指令和数据处理操作。
CPU由控制器和运算器组成，其中控制器负责指令的解码和执行，而运算器负责数据的运算和处理。
2. 存储器存储器用于存储计算机运行时所需的数据和指令。
根据存储介质的不同，存储器可分为主存储器和辅助存储器两种。
主存储器用于存储当前正在执行的程序和数据，而辅助存储器则用于长期存储数据和程序。
3. 输入设备和输出设备输入设备用于向计算机输入数据和指令，常见的输入设备有键盘、鼠标和扫描仪等。
而输出设备则用于将计算机处理后的结果展示给用户，如打印机、显示器和音响等。
二、数据传输与控制数据传输是计算机组成原理中的重要内容之一，它指的是计算机内部和外部各个部件之间的数据传输和交换。
计算机通过总线系统实现各个组件之间的通信和数据传输。
1. 内部总线内部总线是计算机内部各个组件之间进行数据传输的通道，包括地址总线、数据总线和控制总线等。
地址总线用于传输指令和数据的地址，数据总线用于传输数据本身，而控制总线则用于传输控制信号。
2. 外部总线外部总线是计算机与外部设备之间进行数据传输的通道，包括系统总线、I/O总线和存储总线等。
系统总线连接CPU、内存和I/O设备，用于传输指令和数据。
I/O总线则用于连接输入设备和输出设备，实现数据的输入和输出。
三、指令的执行过程计算机执行程序的过程可以简化为取指令、译码、执行和存储结果等几个步骤。
具体流程如下：1. 取指令CPU从内存中取出一条指令，并将其存储在指令寄存器中。
计算机组成原理
计算机组成原理计算机组成原理是指计算机由硬件和软件组成的过程和原理。
它涉及了计算机内部各部件的功能和相互关系，以及它们如何协同工作，实现计算、存储和通信等功能的基本原理。
计算机组成原理主要包括指令执行周期、存储器层次结构、总线结构、I/O系统、中央处理单元（CPU）、寄存器以及各种逻辑门电路等基本概念和原理。
计算机组成原理是计算机科学与技术的核心课程之一，它为我们深入了解计算机的工作原理以及如何有效地设计和优化计算机系统提供了重要基础。
指令执行周期是计算机工作的基本单位，它由取指令、指令译码、指令执行、访问存储器、写回数据等若干步骤组成。
存储器层次结构是指计算机系统中不同速度和容量的存储器层级，包括高速缓存、主存储器和辅助存储器等。
各级存储器通过读写控制线和数据线相连，实现数据的传输和存储。
总线结构是计算机内部各部件之间传输数据和控制信号的途径。
它包括数据总线、地址总线和控制总线等，用于在CPU、存储器和I/O设备之间传输数据和控制信息。
I/O系统是计算机与外部设备之间的接口，负责数据的输入输出和设备的管理。
它通过I/O控制器和外设接口等实现计算机与外部设备的通信。
CPU是计算机的核心部件，负责执行程序中的指令。
它由控制单元和算术逻辑单元组成，控制单元负责指令的控制和管理，算术逻辑单元负责进行数据的运算和逻辑判断。
寄存器是CPU内部用于存储数据和指令的临时存储器，包括通用寄存器、指令寄存器、程序计数器等。
逻辑门电路是计算机中最基本的构建单元，包括与门、或门、非门等。
通过逻辑门的组合和连接，可以实现各种逻辑运算和控制功能。
计算机组成原理涉及的其他概念还包括指令集体系结构、流水线技术、中断处理等。
总之，计算机组成原理是计算机科学与技术中的重要基础课程，它为我们理解计算机工作原理、设计高效的计算机系统提供了基础。
通过学习计算机组成原理，我们可以更好地理解计算机的内部结构和原理，为后续的计算机体系结构、操作系统、编译原理等课程奠定坚实的基础。
计算机组成原理解析
计算机组成原理解析计算机组成原理是计算机科学与技术领域中的基础课程，旨在介绍计算机系统的工作原理和组成结构。
本文将对计算机组成原理进行详细解析，以帮助读者更全面地理解计算机的工作原理。
一、计算机组成原理概述计算机组成原理是计算机科学的基础课程之一，主要涉及计算机的体系结构、指令系统、运算器、存储器、输入输出以及中央处理器等核心组成部分。
计算机组成原理的学习对于学习其他计算机相关课程和深入了解计算机体系结构具有重要的意义。
二、计算机体系结构计算机体系结构指计算机硬件系统中各主要部件之间的组织和联系方式。
常见的计算机体系结构包括冯·诺依曼体系结构和哈佛体系结构。
其中，冯·诺依曼体系结构是最为常见的计算机体系结构，它由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备等组成。
三、指令系统指令系统是计算机中的操作系统，用于指导计算机执行各种程序。
指令系统包括指令的格式、指令的种类、指令的寻址方式等内容。
常见的指令系统包括RISC（精简指令集计算机）和CISC（复杂指令集计算机）。
四、运算器运算器是计算机中的一个重要组成部分，用于进行算术运算和逻辑运算。
运算器包括算术逻辑单元（ALU）、累加寄存器（ACC）等部件。
通过ALU的计算和ACC的存储，计算机能够执行各种算术和逻辑操作。
五、存储器存储器是计算机中用于存储数据和指令的部件，包括主存储器和辅助存储器。
主存储器是计算机中进行数据读写的主要存储器，而辅助存储器则用于长期存储和备份数据。
常见的主存储器包括内部存储器和高速缓存存储器。
六、输入输出系统输入输出系统是计算机与外部设备之间进行信息交互的接口。
计算机的输入输出系统包括输入设备和输出设备两部分。
输入设备用于将外部信息输入计算机，例如键盘、鼠标等；输出设备则用于将计算机处理后的结果输出给用户，例如显示器、打印机等。
七、中央处理器中央处理器（CPU）是计算机里的核心部件，负责执行计算机指令和进行数据处理。
计算机组成原理分章,计算机组成原理各章节重点总结.doc
计算机组成原理分章,计算机组成原理各章节重点总结.doc计算机组成原理各章节重点总结.doc承载教育理想 传播⽂都精神 - PAGE 42 - ⽂都教育在线：- PAGE 34 -计算机组成原理⼀、 计算机系统概述(⼀) 计算机发展历程第⼀台电⼦计算机ENIAC(Electronic Numerical Integrator And Computer)诞⽣于1946年的美国宾⼣法尼亚⼤学。
ENIAC⽤了18000电⼦管、1500继电器、重30吨、占地170m3、耗电140kw、每秒计算5000次加法。
冯?诺依曼(VanNeumann)⾸次提出存储程序的概念，将数据和程序⼀起放在存储器中，使得编程更加⽅便。
50多年来，虽然对冯?诺依曼机进⾏了很多改⾰，但结构变化不⼤，仍然称为冯?诺依曼机。
⼀般把计算机的发展分为四个阶段：第⼀代(1946-50‘s后期)：电⼦管计算机时代；第⼆代(50‘s中期-60’s后期)：晶体管计算机时代；第三代(60‘s中期-70’s前期)：集成电路计算机时代；第四代(70‘s初-)：⼤规模集成电路计算机时代。
(⼆) 计算机系统层次结构1. 计算机硬件的基本组成计算机硬件主要指计算机的实体部分，通常有运算器、控制器、存储器、输⼊和输出五部分。
CPU是指将运算器和控制器集成到⼀个电路芯⽚中。
2. 计算机软件的分类计算机软件按照⾯向对象的不同可分两类：系统软件：⽤于管理整个计算机系统，合理分配系统资源，确保计算机正常⾼效地运⾏，这类软件⾯向系统。
应⽤软件：是⾯向⽤户根据⽤户的特殊要求编制的应⽤程序，这类软件通常实现⽤户的某类要求。
3. 计算机的⼯作过程(1)计算机的⼯作过程就是执⾏指令的过程 指令由操作码和操作数组成：操作码地址码操作码指明本指令完成的操作 地址码指明本指令的操作对象(2)指令的存储 指令按照存储器的地址顺序连续的存放在存储器中。
(3)指令的读取 为了纪录程序的执⾏过程，需要⼀个记录读取指令地址的寄存器，称为指令地址寄存器，或者程序计数器。
计算机组成原理详解,掌握计算机核心知识
计算机组成原理详解,掌握计算机核心知识计算机组成原理是计算机科学与技术领域中的重要基础学科，它主要研究计算机硬件和软件之间的关系，以及计算机硬件系统的结构和功能。
掌握计算机组成原理对于我们理解计算机的工作原理、提高编程能力以及开发高效的软件和硬件系统都有着重要的意义。
本文将详细介绍计算机组成原理的基本概念和核心知识。
1. 计算机组成原理的基本概念计算机组成原理是指计算机硬件系统的结构、功能以及硬件与软件之间的关系。
它包括五个基本方面的内容：数据表示和运算、指令系统、存储器层次结构、输入输出系统和计算机系统结构。
在计算机组成原理中，我们需要了解计算机的工作原理、硬件系统的组成和各个部件之间的关系。
2. 数据表示和运算数据表示是计算机组成原理中的核心概念之一。
计算机中的所有数据都是以二进制形式表示的，包括整数、浮点数、字符等。
了解数据的表示方法对于理解计算机运算原理和编程语言的底层实现非常重要。
在计算机中，数据的运算是通过逻辑运算和算术运算来实现的，这是计算机组成原理中的另一个基本概念。
3. 指令系统指令系统是计算机组成原理中的一个重要概念，它包括指令的格式、执行过程和指令集。
了解指令系统对于理解计算机的工作原理和编程语言的底层实现非常重要。
指令集是计算机中能够直接执行的指令的集合，它是计算机硬件的核心部分。
4. 存储器层次结构存储器层次结构是计算机组成原理中的一个重要概念，它包括主存储器、高速缓存和辅助存储器。
了解存储器层次结构对于理解计算机的工作原理、编程语言的底层实现以及性能优化都有着重要意义。
存储器层次结构的设计和优化是计算机架构设计中的一个重要问题。
5. 输入输出系统输入输出系统是计算机组成原理中的一个重要概念，它负责计算机与外部设备的数据交换。
了解输入输出系统对于理解计算机的工作原理、编程语言的底层实现以及实现高效数据传输都非常重要。
输入输出系统的设计和优化是计算机系统设计中的一个重要问题。
计算机组成原理课后答案(高教版)6分解
2018/8/12
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15. 什么是机器零？若要求全0表示机器零，浮点数 的阶码和尾数应采取什么机器数形式？ • 解：机器零指机器数所表示的零的形式，它与真值 零的区别是：机器零在数轴上表示为“0”点及其附 近的一段区域，即在计算机中小到机器数的精度达 不到的数均视为“机器零”，而真值零对应数轴上 的一点（0点）。 • 若要求用“全0”表示浮点机器零，则浮点数的阶码 应用移码、尾数用补码表示（此时阶码为最小阶、 尾数为零，而移码的最小码值正好为“0”，补码的 零的形式也为“0”，拼起来正好为一串0的形式）。
原码 0,000 0,001
补码 0,000 0,001
反码 0,000 0,001
0,010
0,011 0,100 0,101
0,010
0,011 0,100 0,101
0,010
0,011 0,100 0,101
2
3 4 5
0.010
0.011 0.100 0.101
0.010
0.011 0.100 0.101
11010111 10101001 10101000
2018/8/12
4
5. 已知[x]补，求[x]原和x。 [x1]补=1.1100; [x2]补=1.1001; [x3]补=0.1110; [x4]补=1.0000; [x5]补=1,0101; [x6]补=1,1100; [x7]补=0,0111; [x8]补=1,0000 解：[x]补与[x]原、x的对应关系如下：
9
10. 在整数定点机中，设机器数采用1位符号位，写出±0的原码、补码、 反码和移码，得出什么结论？
解：0的机器数形式如下：（假定机器数共8位，含1位符号位在内）
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[E]补=01 XX…X为上溢 [E] 补=10 XX…X为下溢，浮点数值趋于零，用机器零表示。
[例25]设ｘ＝2010×0.11011011,ｙ＝2100×(－ 0.10101100)，求ｘ＋ｙ。 [解:] 为了便于直观理解,假设两数均以补码表示,阶码采用双 符号位,尾数采用单符号位,则它们的浮点表示分别为 [ｘ]浮＝00 010, 0.11011011 [ｙ]浮＝00 100, 1.01010100
尾数求和（差） 对阶完成后，就按定点加减运算求两数的尾数 之和
结果规格化
在浮点加减运算时,尾数求和的结果也可以得到 01.ф…ф或10.ф…ф，即两符号位不等，这在定点 加减法运算中称为溢出，是不允许的。但在浮点运 算中，它表明尾数求和结果的绝对值大于1，向左 破坏了规格化。此时将运算结果右移以实现规格化 表示，称为向右规格化。规则是：尾数右移1位， 阶码加1。 当尾数不是规格化数时需向左规格化。
浮点加减法操作过程
0操作数检查 对阶 尾数加减 结果规格化 舍入处理
对阶：小阶向大阶看齐
对阶的第一步是求阶差：△E =Ex-Ey 由于浮点表示的数多是规格化的，尾 Ex＝Ey，不需要 若△E =0，表示两数阶码相等，即 数左移会引起最高有效位的丢失，造 对阶 成很大误差。尾数右移虽引起最低有 效位的丢失，但造成误差较小。 若△E >0，表明Ex>E y 若△E <0，表明Ex<Ey 对于Ex≠Ey的这种情况，需要对阶。采用 “小阶向 大阶看齐”的方法，即小阶的尾数右移△E 位，小 阶的阶码增加△E 与大阶相等。
x+y=201000*0.10010000
2.6.2 浮点乘法、除法运算
设两个浮点数x和y分别为： x=2Ex · Mx y=2Ey · My y=2 Ex+Ey·(Mx· M y) 则x· x/y=2Ex-Ey ·(Mx/My)
浮点乘除法操作过程
0操作数检查 阶码加减 尾数乘除 结果规格化 舍入处理
舍入处理 当尾数是用补码表示时，具体舍入规则
当丢失的各位均为0时,不必舍入； 当丢失的最高位为0 时,以下各位不全为0 时,或者丢 失的最高位为1,以下各位均为0时,则舍去丢失位上 的值； 当丢失的最高位为1,以下各位不全为0 时,则执行在 尾数最低位入1的修正操作。
[例28] 设有浮点数ｘ＝2-5×0.0110011，ｙ＝23×(－ 0.1110010)，阶码用4位补码表示，尾数(含符号位)用 8位原码表示。求[ｘ×ｙ]浮。要求用补码完成尾数乘 法运算，运算结果尾数保留高8位(含符号位)，并用尾 数低位字长值处理舍入操作。 [解]：阶码采用双符号位，尾数原码采用单符号位，则有 [Mｘ]原＝0.0110011, [Mｙ]原＝1.1110010, [Eｘ]补＝11 011, [Eｙ]补＝00 011, [ｘ]浮＝11 011, 0.0110011, [ｙ]浮＝00 011, 1.1110010
舍入
“0舍1入”法，即右移时丢掉的最高位为0，则舍 去；是1，则将尾数的末位加1。 “恒置1”法，即不管移掉的是0还是1，都把尾数的 末位置1。
浮点数的溢出判断：由阶码判断是否溢出
阶码上溢：超过了阶码可能表示的最大值的正指数 值，一般将其认为是＋∞和－∞。 阶码下溢：超过了阶码可能表示的最小值的负指数 值，一般将其认为是0。 一般阶码使用双符号位
<4>舍入处理
采用0舍1入法处理,则有 1. 0 0 0 1 0 1 0 1 ＋ 1 ─────────────── 1. 0 0 0 1 0 1 1 0
<5>判溢出
阶码符号位为00,不溢出,故得最终结果为 x＋ｙ＝2011×(－0.11101010)
练习：设机器字长16位，其中阶符2位，阶码4 位，尾符2位，尾数8位，均采用补码表示， x=20110*0.10100000，y=20111*0.11010000， 求x+y。
(1) 求阶码和 [Eｘ＋Eｙ]补＝[Eｘ]补＋[Eｙ]补＝11 011＋00 011＝11 110,值为补码形式－2。 (2) 尾数乘法运算可采用原码阵列乘法器实现,即 有 [Mｘ]原×[Mｙ]原＝[0.0110011]原×[1. 1110010]原 ＝[1.0101101,0110110]原
(3) 规格化处理 乘积不是规格化的数,需要左规,阶码变为11 101(-3),尾数变为 1.1011010,1101100 。 (4) 舍入处理 尾数为负数,取尾数高位字长，按舍入规则,舍去 低位字长，பைடு நூலகம்尾数为1.1011011 。 最终相乘结果为[ｘ×ｙ]浮＝11 101, 1.1011011 其真值为ｘ×ｙ＝2－3×(－0.1011011)
<1> 求阶差并对阶
△E=Eｘ－Eｙ＝[Eｘ]补+[-Eｙ]补=00 010＋11 100=11 110 即△E为－2，ｘ的阶码小，应使Mｘ右移两位，Eｘ加2， [ｘ]浮＝00 100,0.00110110(11) 其中(11)表示Mｘ右移2位后移出的最低两位数。
对阶时移出的数值 不要扔掉，要等到 舍入处理过程
2.6 浮点运算方法和浮点运算器
2.6.1 2.6.2 2.6.3 2.6.4
浮点加法、减法运算 浮点乘法、除法运算 浮点运算流水线 浮点运算器实例
2.6.1 浮点加法、减法运算
设两个浮点数x和y分别为： x=2Ex · Mx y=2Ey · My 其中，Ex、Ey分别是x和y的阶码，Mx和My是x、 y的尾数。 则加减运算规则 z =ｘ±ｙ＝(Mｘ2Eｘ－Eｙ±Mｙ)2Eｙ, Eｘ<＝Eｙ
<2> 尾数求和
0. 0 0 1 1 0 1 1 0 (11) ＋ 1. 0 1 0 1 0 1 0 0 ──────────────── 1. 1 0 0 0 1 0 1 0 (11)
<3>规格化处理
尾数运算结果的符号位与最高数值位同值，应执行左规 处理，结果为1.00010101(10)，阶码为 00 011。