第三章运算方法和运算部件
【精品】计算机
7.在浮点加法运算中，完整的操作步骤是对阶。尾数相加、结果规格化、舍入、溢出检查。
8.定点运算器中一般包括ALU、寄存器、对路选择器、移位器和数据通路。
9.ALU的基本逻辑结构是快速进位加法器，它比行波进位加法器优越，具有先行进位逻辑，不仅可以实现高速运算，还能完成逻辑运算。
10.浮点运算器由阶码运算器和尾数运算器组成，它们都是定点运算器，尾数运算器要求能进行加、减、乘、除运算。
18.一条机器指令由一段微指令构成的微程序来解释执行；微指令可由一系列微命令组成。
19.控制部件通过控制线向执行部件发出各种控制命令，通常把这种控制命令叫做微命令。而执行部件接受此控制命令后进行的操作叫做微操作。
20.一条微指令可划分为微命令字段和控制字段；微指令的基本格式可分为水平型和垂直型。
12.虚拟存储器管理的基本方法有页式、段式和段页式三种。
13.在虚拟存储器中，一般采用全相联地址映像方法和LRU更新策略。
14.虚拟存储器中，程序正在执行时，由操作系统完成地址映像。
15.在磁表面存储器中，调频制(FM)记录方式目前主要用于单密度磁盘存储器，改进调频制(MFM)记录方式主要用于双密度磁盘存储器，而在磁带存储器中一般采用调相制(PE)和成组编码(GCR)记录方式。
21.由于数据通路之间的结构关系，微操作可分为相容性和相斥性两种;
在同一微周期中不可能同时出现的微命令，称之为互斥的微命令。
在同一微周期中可以同时出现的微命令，称之为相容的微命令。
22.在微指令的字段编码中，操作控制字段的分段必须遵循的原则包括：
把互斥性的微命令分在同一段内。
一般每个小段要留出一个状态0，表示不操作。
1.-1的补码定点整数表示时为1...1，用定点小数表示时为1...0。
《计算机组成原理》名词解释
摩尔定律：对集成电路上可容纳的晶体管数目、性能和价格等发展趋势的预测，其主要内容是：成集电路上可容纳的晶体管数量每18个月翻一番，性能将提高一倍，而其价格将降低一半。
主存: 计算机中存放正在运行的程序和数据的存储器，为计算机的主要工作存储器，可随机存取。
控制器：计算机的指挥中心，它使计算机各部件自动协调地工作。
时钟周期：时钟周期是时钟频率的倒数，也称为节拍周期或T周期，是处理操作最基本的时间单位。
多核处理器：多核处理器是指在一枚处理器中集成两个或多个完整的计算引擎(内核)。
字长：运算器一次运算处理的二进制位数。
存储容量: 存储器中可存二进制信息的总量。
CPI：指执行每条指令所需要的平均时钟周期数。
MIPS：用每秒钟执行完成的指令数量作为衡量计算机性能的一个指标，该指标以每秒钟完成的百万指令数作为单位。
CPU时间：计算某个任务时CPU实际消耗的时间，也即CPU真正花费在某程序上的时间。
计算机系统的层次结构：计算机系统的层次结构由多级构成，一般分成5级，由低到高分别是：微程序设计级，机器语言级，操作系统级，汇编语言级，高级语言级。
基准测试程序：把应用程序中使用频度最高的那那些核心程序作为评价计算机性能的标准程序。
软/硬件功能的等价性：从逻辑功能的角度来看，硬件和软件在完成某项功能上是相同的，称为软/硬件功能是等价的，如浮点运算既可以由软件实现，也可以由专门的硬件实现。
固件：是一种软件的固化，其目的是为了加快软件的执行速度。
可靠性：可靠性是指系统或产品在规定的条件和规定的时间内，完成规定功能的能力。
产品可靠性定义的要素是三个“规定”：“规定条件”、“规定时间”和“规定功能”。
MTTF：平均无故障时间，指系统自使用以来到第一次出故障的时间间隔的期望值。
MTTR：系统的平均修复时间。
MTBF：平均故障间隔时间，指相邻两次故障之间的平均工作时间。
可用性：指系统在任意时刻可使用的概率，可根据MTTF、MTTR和MTBF等指标计算处系统的可用性。
计算机组成原理CPU-1运算部件
3.1.1.4十进制运算 目前，计算机实现BCD码运算的方法有两种：
（1）机器的指令系统中设有专用进行BCD码加、减、乘和除运算 指令。 （2）先用二进制数的加、减、乘和除指令进行运算，紧接着用 BCD码校正指令对运算结果进行校正。例如8086/8088CPU就是 采用这种方法。 1、BCD码的加法运算 [例] 试将5和3转成BCD码，再用二进加法表达其相加及结果。
1. 硬件判断逻辑一（SA、SB与Sf的关系）
（2）A=10 B=7 10+7 ： 0 1010 0 0111 1 0001 （4）A= -10 B= -7 1 -10+(-7)： 0110 1 1001 0 1111
溢出= SA SB Sf
SA SB Sf
2. 硬件判断逻辑二（Cf与C的关系） 溢出= Cf C 3. 硬件判断逻辑三（双符号位）
3.1.1.2 溢出判断
在什么情况下可能产生溢出？
例.数A有4位尾数，1位符号SA 数B有4位尾数，1位符号SB 结果符号Sf 符号位参 加运算
符号位进位Cf
尾数最高位进位C
（1）A=3 B=2 （2）A=10 B=7 3+2： 0 0011 10+7： 0 1010 0 0010 0 0111 0 0101 正确 1 0001 正溢 （3）A= -3 B= -2 （4）A= -10 B= -7 1 1 -3+(-2)： 1101 -10+(-7)： 0110 1 1110 1 1001 1 1011 正确 0 1111 负溢 （5）A=6 B= -4 （6）A= -6 B=4 0 6+(-4)： 0110 -6+4： 1 1010 1 1100 0 0100 0 0010 正确 1 1110 正确
第三章运算方法与运算器(定点数除法)
■ 当上述结果小于0时，商上0，恢复余数，然后左移一位，减除数比较，即：
（2Ri-Y）+Y= 2Ri 2*2Ri -Y = 4Ri –Y
■ 若当结果小于0时，商上0，不恢复余数而直接将余数左移一位，加Y:
2(2Ri-Y）+Y = 2*2Ri -2Y + Y = 4Ri –Y
第三章 3.6 定点数除法
1 00.0011
1
00.0110 0.11
+[–Y]补 11.0101
0 11.1011
0
11.0110 0.110
+[Y]补 00.1011
1 00. 0001 0.1101 1
减Y比较
余数 <0 商上零 左移一位 加Y比较 余数>0，商上1 左移一位 减Y比较 余数>0，商上1 左移一位 减Y比较 余数<0 商上零 左移一位 加Y比较
■重复上述过程直到商达到所需要的位数为止。
第三章 3.6 定点数除法
2
原码恢复余数除法
已知 X＝0.1001，Y＝- 0.1011，用原码一位除法求X/Y
解：[X]原= 0 .1001 [Y]原= 1.1011
[|X|]补=0.1001 [|Y|] 补=0.1011 [-|Y|]补 =1.0101
最后结果： 商Q = （X0 Y0）.1101=1.1101 余数 R = 0.0001 * 2 -4
该方法存在的不足： 运算步数不确定
左移一位 减Y比较
1 余数>0，商上1，移商
第三章 3.6 定点数除法
3
原码加/减交替除法运算方法（不恢复余数法）
■ 设某次余数为Ri，将Ri左移一位减除数进行比较并上商，即：
计算机组成原理课程习题答案_秦磊华
解释下列名词摩尔定律：对集成电路上可容纳的晶体管数目、性能和价格等发展趋势的预测，其主要内容是：成集电路上可容纳的晶体管数量每18个月翻一番，性能将提高一倍，而其价格将降低一半。
主存: 计算机中存放正在运行的程序和数据的存储器，为计算机的主要工作存储器，可随机存取。
控制器：计算机的指挥中心，它使计算机各部件自动协调地工作。
时钟周期：时钟周期是时钟频率的倒数，也称为节拍周期或T周期，是处理操作最基本的时间单位。
多核处理器：多核处理器是指在一枚处理器中集成两个或多个完整的计算引擎(内核)。
字长：运算器一次运算处理的二进制位数。
存储容量: 存储器中可存二进制信息的总量。
CPI：指执行每条指令所需要的平均时钟周期数。
MIPS：用每秒钟执行完成的指令数量作为衡量计算机性能的一个指标，该指标以每秒钟完成的百万指令数作为单位。
CPU时间：计算某个任务时CPU实际消耗的时间，也即CPU真正花费在某程序上的时间。
计算机系统的层次结构：计算机系统的层次结构由多级构成，一般分成5级，由低到高分别是：微程序设计级，机器语言级，操作系统级，汇编语言级，高级语言级。
基准测试程序：把应用程序中使用频度最高的那那些核心程序作为评价计算机性能的标准程序。
软/硬件功能的等价性：从逻辑功能的角度来看，硬件和软件在完成某项功能上是相同的，称为软/硬件功能是等价的，如浮点运算既可以由软件实现，也可以由专门的硬件实现。
固件：是一种软件的固化，其目的是为了加快软件的执行速度。
可靠性：可靠性是指系统或产品在规定的条件和规定的时间内，完成规定功能的能力。
产品可靠性定义的要素是三个“规定”：“规定条件”、“规定时间”和“规定功能”。
MTTF：平均无故障时间，指系统自使用以来到第一次出故障的时间间隔的期望值。
MTTR：系统的平均修复时间。
MTBF：平均故障间隔时间，指相邻两次故障之间的平均工作时间。
可用性：指系统在任意时刻可使用的概率，可根据MTTF、MTTR和MTBF等指标计算处系统的可用性。
计算机原理第三章运算方法和运算器综合练习
计算机原理第3章运算方法和运算器综合练习一、选择题知识点：定点补码的加法，减法，不带符号数的运算，溢出 P261、[X]补+[Y]补=[X+Y]补（mod 2n）2、[X-Y]补=[X+（-Y）]补= [X]补+[-Y]补（mod 2n）3、[-Y]补=[[Y]补]变补（注：连同符号位一起变反加1的过程叫变补或求补。
）4、判断溢出条件： C S+1和C S相异时溢出当C S+1C S=00或 C S+1C S=11时不产生溢出。
当C S+1C S=01或C S+1C S=10时则产生溢出。
1、计算机中实现减法运算使用的方法是（）A．从被减数中减去减数 B．从减数中减去被减数再求反C．转换为补码的加法运算 D．依减数的形式再选择一种适当的方法2、定点数作补码加减运算时，其符号位是( )A.与数位分开进行运算B.与数位一起参与运算C.符号位单独作加减运算D.两数符号位作异或运算3、补码加减法运算是（）A ．操作数用补码表示，两数的尾数相加减，符号位单独处理，减法用加法代替B ．操作数用补码表示，符号位与尾数一起参加运算，结果的符号与加减所得相同C ．操作数用补码表示，连同符号位直接相加减，减某数用加负某数的补码代表，结果的符号在运算中形成D ．操作数用补码表示，由数符决定两尾数的操作，符号位单独处理4、执行二进制算术运算11001001+00100111，其运算结果是（）。
A) 11101111 B) 11110000 C) 00000001 D) 101000105、已知X的补码为11101011,Y的补码为01001010，则X+Y的补码为（）。
A、10100001B、11011111C、00110101D、溢出6、已知X的补码为11101011,Y的补码为01001010，则X-Y的补码为（）。
A、10100001B、11011111C、10100000D、溢出7、下面关于溢出的描述正确的是（）A 溢出就是进位B 溢出是指运算结果的最高位向更高位进位或借位C 溢出与补码运算中的模丢失是一个概念D 溢出主要用于判断带符号的运算结果是否超过数的表示范围8、定点运算器运算时产生溢出的原因是（）。
CPU基本组成模型(寄存器组成
3-1 运算器
并行进位：各级进位信号同时形成，增加硬件逻辑线路，有效地减少 进位延迟时间。（同时进位） （见P61 图3-3）以4位加法为例 C1=G0+P0C0 C2=G1+P1C1 = G1 +P1G0 +P1P0C0 C3=G2+P2C2 =。。。。。 C4=G3+P3C3 =。。。。。 通过上式可以发现Ci可同时形成。
3-2
运算方法
溢出的判断
运算结果为正，且大于所能表达的最大正数，称为正溢出； 运算结果为负，且小于所能表达的最小负数，称为负溢出； 溢出判断方法： P66 – 单符号位判断 溢出=An Bn Sn+ AnBnSn – 最高有效位的进位判断 P67 – 变形补码（双符号位） » 00为正，11为负（运算时扩充） » 结果01正溢出，10负溢出（判断）
例 P67 变形补码 请同学们练习
P111
第3题
第4题
（2）
（2）
3-2
移位
运算方法
逻辑移位、循环移位和算术移位； 逻辑移位 无数值意义的二进制码，左移时低位补0，右移时高位 补0； 循环移位 闭合移位环路 算术移位 带符号数的移位，左移一位相当于乘2，右移一位相当 于除2；
并行加法器的进位
并行加法器：N位同时进行，由进位链实现进位信号Ci的传递。 设：A=An-1An-2…Ai..A1A0 B=Bn-1Bn-2…Bi..B1B0
则：Ci+1= AiBi+(Ai
+ Bi) Ci
令： Gi= AiBi Pi= Ai + Bi
于是： Ci+1= Gi+ Pi Ci 串行进位：使用进位线将n个全加器串接起来，进位延迟时间较长。节 省器件，成本低。
计算机组成原理第3章2 加法器与运算部件
所以 Ci = Gi + Pi Ci-1
本地进位、绝对进位
（2）串行进位
条件进位、传递进位
特点：进位信号逐位形成。C1 = G1 + P1C0
设n位加法器 1）逻辑式
C2 = G2 + P2C1
Cn = Gn + PnCn-1
2）结构举例
Gi
Pi
C2 G2 P2 C1 G1 P1 C0 Ai Bi Ai Bi
第二步: 结合时序, 拟定每一步操作所需要的微操作 命令, 并以操作时间表的形式将微命令以及 微命令产生的条件列出来。
第4步是CPU设计过程的关键步骤。
5、形成控制逻辑
如果采用组合逻辑设计方法: 根据第4步的工作, 将微命令产生的条件进行综合、 简化以后, 形成逻辑表达式, 用逻辑电路予以实 现。
3.3 加法器与运算部件
计算机中的算术运算和逻辑运算都用一个 算术、逻辑运算部件ALU(Arithmetic Logic Unit)来实现。 本节内容重点讨论用加法器来实现各种运 算处理。
复杂运算 四则运算 加法运算
加法单元
（本位进位）
Ci
（本位和）
∑i
加法单元 i
一个输入为1时， ∑i为1，Ci为0；
GⅡ
组间： C8 = G8 + P8G7 + P8P7G6 + P8P7P6G5 + P8P7P6P5CI
PⅡ
所以 CⅡ = GⅡ + PⅡCI
3）第3组进位逻辑式
组内： C9 = G9 + P9CⅡ C10 = G10 + P10G9 + P10P9CⅡ C11 = G11 + P11G10 + P11P10G9 + P11P10P9CⅡ
运算器
运算器的逻辑操作可将两个数据按位进行与、或、异或，以及将一个数据的各位求非。有的运算器还能进行 二值代码的16种逻辑操作。
运算器是计算机中处理数据的功能部件。对数据处理主要包括数据的算术运算和逻辑数据的逻辑操作。因此, 实现对数据的算术与逻辑运算是运算器的核心功能。
基本理论
数据 操作
运算方法 结构
运算器运算器的处理对象是数据，所以数据长度和计算机数据表示方法，对运算器的性能影响极大。70年代 微处理器常以1个、4个、8个、16个二进制位作为处理数据的基本单位。大多数通用计算机则以16、32、64位作 为运算器处理数据的长度。能对一个数据的所有位同时进行处理的运算器称为并行运算器。如果一次只处理一位， 则称为串行运算器。有的运算器一次可处理几位 （通常为6或8位），一个完整的数据分成若干段进行计算，称 为串/并行运算器。运算器往往只处理一种长度的数据。有的也能处理几种不同长度的数据，如半字长运算、双倍 字长运算、四倍字长运算等。有的数据长度可以在运算过程中指定，称为变字长运算。
Babbage的蒸汽动力计算机虽然最终没有完成，以今天的标准看也是非常原始的，然而，它勾画出现代通用 计算机的基本功能部分，在概念上是一个突破。
在接下来的若干年中，许多工程师在另一些方面取得了重要的进步，美国人Herman Hollerith（18601929），根据提花织布机的原理发明了穿孔片计算机，并带入商业领域建立公司。
实现运算器的操作，特别是四则运算，必须选择合理的运算方法。它直接影响运算器的性能，也关系到运算 器的结构和成本。另外，在进行数值计算时，结果的有效数位可能较长，必须截取一定的有效数位，由此而产生 最低有效数位的舍入问题。选用的舍入规则也影响到计算结果的精确度。在选择计算机的数的表示方式时，应当 全面考虑以下几个因素：要表示的数的类型（小数、整数、实数和复数）：决定表示方式，可能遇到的数值范围： 确定存储、处理能力。数值精确度：处理能力相关；数据存储和处理所需要的硬件代价：造价高低。
第三章 运算方法及运算部件习题
第三章运算方法及运算部件一、选择题：将正确的答案序号填在横线上1．下列数中最小的数是______。
A．（1010011.10101）2 B．（123.55）8C．（53.B0）16 D．（83.75）102．某数在计算机中用8421BCD码表示为0011 1001 1000，其真值为______。
A．398 B．398H C．1630Q D．1110011000B3．ASCII码是对（1）_进行编码的一种方案，它是（2）_的缩写。
（1）A．字符 B．汉字 C．图形符号 D．声音（2）A．余3码 B．十进制数的二进制编码C．格雷码 D．美国标准信息交换代码4．一个1G的硬盘，最多可存放______个ASCII字符。
A. 220B．224 C. 210 D. 2305．存储32个汉字的机内码需要______。
A．16字节 B．32字节 C．64字节 D．128字节6．机器数10000001B，它所代表的数______。
A．一定是-1 B．一定是-127C．一定是-126 D. 以上3个数都有可能7. 假定一个十进制数为-66，按补码形式存放在一个8位寄存器中，该寄存器的内容用十六进制表示为______。
A．C2H B．BEH C．BDH D．42H8．如果X是负数，由［X］补求［X］原是将______。
A．符号位变反，其他各位不变 B．所有位求反，末位加1C．除符号位外，其他位求反后末位加1D．除符号位外，其他位求反9．下列数中，最大的是______。
A．［X］补=1001101 B．［X］原=1001101C．［X］反=1001101 D．［X］移=100110110. 计算机内的溢出是指其运算的结果______。
A．为无穷大B．超出了计算机内存单元所能存储的数值范围C．超出了该指令所指定的结果单元所能存储的数值范围11．计算机中表示地址时使用______。
A．无符号数 B．原码 C．反码 D．补码12. 计算机系统中采用补码运算的目的是为了______。
计算机组成原理试题
第一章问答1 什么是计算机系统？说明计算机系统的层次结构。
2 画出计算机硬件基本组成框图，通过解题过程说明每一功能部件的作用及它们之间的信息流向。
3 什么是主机？什么是CPU?什么是存储器？简述它们的功能。
4什么是指令？什么是程序？5 机器语言、汇编语言、高级语言有何区别？6 什么是机器字长、指令字长、存储字长？7 如何理解计算机体系结构和计算机组成？8 解释英文缩写的含义：CPU、PC、IR、CU、ALU、ACC、MQ、X、MAR、MDR、I/O。
1.冯·诺依曼结构的特点是。
2.计算机系统由系统和系统构成。
3.计算机硬件包括：、、、、和。
其中、和、是组成、和可统称为CPU。
4.基于原理的冯·诺依曼计算机工作方式的基本特点是。
5. 和都存放在寄存器中，能自动识别它们。
6.指令的解释是由计算机的来完成的，运算器用来完成。
7.软件是各种指挥计算机工作的总称，可大致分为和两大类。
前者的主要作用是充分发挥硬件功能及方便用户，最典型的如。
8.存储器可分为主存和，程序必须存于内，CPU才能执行其中的指令。
1、冯·诺依曼计算机结构的核心思想是。
A．二进制运算B．有存储信息的功能C．运算速度快D．存储程序控制2完整的计算机系统应包括。
A．运算器、存储器、控制器B．外部设备和主机C．主机和实用程序D．配套的硬件设备和软件系统3对计算机的软硬件资源进行管理，是的功能。
A．操作系统B．数据库管理系统C．语言处理程序D．用户程序4.计算机硬件能够直接执行的只有。
A．机器语言B．汇编语言C．机器语言和汇编语言D．各种高级语言5 下列描述中是正确的。
A. 控制器能理解、解释并执行所有的指令及存储结果B. 一台计算机包括输入、输出、控制、存储及算数逻辑运算五个部件C. 所有的数据运算都在CPU的控制器中完成D. 以上答案都正确6 用以指定待执行指令所在地址的是。
A. 指令寄存器B.数据计数器C. 程序计数器D. 累加器7冯·诺依曼机工作方式的基本特点是。
b o o t h 算 法
第三章运算方法与运算器文章目录定点补码加减法运算补码加减法运算方法溢出及检测溢出检测操作数与运算结果的符号位是否一致最高位的进位和符号位的进位是否一致变形补码补码加减法的逻辑实现移码加减运算及实现逻辑移码的加法运算移码加减法的溢出判断直接采用移码运算的溢出判断方法采用双符号判断定点乘法运算机器数的移位操作原码一位乘法原码一位乘法符号位的确定乘积的数值补码一位乘法运算规则（booth算法）阵列乘法器定点除法运算原码一位除法原码恢复余数法原码不恢复余数法不恢复余数的补码一位除法浮点运算浮点数加减运算阶码和尾数采用补码表示的浮点数加减运算IEEE 754浮点数的加减运算浮点数乘法运算浮点数除法运算逻辑运算运算器定点运算器运算前的基本组成单元算术逻辑运算单元通用寄存器组输入输出数据选择控制内部总线运算器的基本结构单总线双总线三总线浮点运算器基本算术逻辑单元的设计基本算术、逻辑部件基本算术逻辑运算单元设计串行进位加法器并行加法器定点补码加减法运算补码加减法运算方法补码加法：[x]补 + [y]补 = [x + y]补 mod M补码减法：[x]补 - [y]补 = [x - y]补 mod M溢出及检测运算结果超出数据类型所能表示数据范围的现象称为溢出溢出检测操作数与运算结果的符号位是否一致只有符号相同的数相加，才有可能产生溢出，因此检测运算结果的符号位，是否与操作数一致设操作数为S1XXXX和S2XXXX，其中S1和S2为他们的符号位，结果为SXXXX，S是结果的标志位，V是溢出标志位，那么V = S1 S2 !S + !S1 !S2 S如果符号位不同，则S1和S2必定是0和1的组合，其结果V一定为0 如果符号位相同，则可能同时为0或者同时为1，这时就要看结果的符号位S了最高位的进位和符号位的进位是否一致最高位C和符号位S的进位，如果不同步，则发生了溢出变形补码变形补码就是用两个位来表示符号位，正数符号位00，负数符号位11 如果运算后的结果为01，则上溢，10则下溢补码加减法的逻辑实现利用一位全加器（FA）作为基本的加法单元，低位FA的进位，直接送到相邻高位FA的进位输入，构成一个串行进位链进行加法运算时，直接送入全加器，进行减法运算时，减数先求补采用基于变形补码的双符号位溢出检测方法不支持逻辑运算移码加减运算及实现逻辑移码的加法运算公式1：[x]移 + [y]移 = [x + y]移 + 2^n公式2：[x]移 + [y]移 = [x + y]补公式3：[x]移 + [y]补 = [x + y]移 mod 2^(n+1)求移码的加法有三种方式直接对两数的移码求和，然后将高位取反直接求出两数和的补码，然后将高位取反用一个数的移码，加另一个数的补码移码加减法的溢出判断直接采用移码运算的溢出判断方法只有符号相同的加法，才会溢出正数的移码，符号位为1，如果两个正数的移码相加，符号位1+1=0，结果的符号位变成0因此，移码相加后，符号位与操作数相同，则发生了溢出采用双符号判断S1S2 = 00，结果为负，未溢出S1S2 = 01，结果为正，未溢出S1S2 = 10，上溢S1S2 = 11，下溢定点乘法运算机器数的移位操作移位操作是乘法实现过程的基本操作，又分为逻辑移位和算术移位逻辑移位：左移和右移，空出来的位置都补0算术移位：左移时低位补0，右移时高位补符号位原码一位乘法原码一位乘法符号位的确定两个乘数符号位的异或乘积的数值由于符号位已经单独处理了，所以乘积就是绝对值相乘用循环累加和移位操作实现乘法运算两个n位数参加乘法运算，要做n次加法和移位操作补码一位乘法运算规则（booth算法）被乘数一般取双符号位参与运算乘数末位增设附加位Y（n+1），初值为0利用Y(n+1) 与 Yn 的差，决定下一步的具体运算按照上述算法进行n+1步累加操作，n步右移操作Y(n+1) - Yn部分积右移一位部分积加[x]补后，右移一位部分积加[-x]补后，右移一位阵列乘法器一位乘法通过逐位判断、右移、循环累加来实现，速度较慢，为了提高乘法速度，可以采用硬件方式实现阵列乘法器，其基本思想是采用类似手工乘法运算的方法，用大量与门产生手工乘法中的各乘积项，同时将大量一位全加器按照手工乘法算式中需要进行加运算的各相关项的排列方式组成加法器阵列定点除法运算除法运算与乘法运算的处理思想相似，通常是将n位数的除操作转换成若干次的加减和移位来实现原码一位除法原码恢复余数法被除数（余数）减去除数，如果为正则够减商1，如果为负则不够减商0，而且被除数（余数）要恢复到减之前的值，这就叫恢复余数法为了防止溢出，除法运算(x - y)一定要满足(|x| |y|)，保证商的绝对值不超过1，因此第一次上商的值，要放在商的符号位，后面上的商，从小数点后依次排列，商的位数一般与除数相等，因此最后一次上商后，就不用做减法和移位了原码不恢复余数法与恢复余数法相比，进行比较后，如果商1则算法不变，如果商0则不恢复余数，先移位再加上除数当余数为正时，商1，余数左移一位，减去除数当余数为负时，商0，余数左移一位，加上除数不恢复余数的补码一位除法算法规则如下被除数与除数同号，被除数减去除数；被除数与除数异号，被除数加上除数余数与除数同号，商1，余数左移一位减去除数；余数与除数异号，商0，余数左移一位加上除数一般情况下，对于商的精度没有特殊要求，商的末位“恒置1”如果要求提高精度，则多求一位商，再用校正的办法对商进行处理当刚好能除尽时，如果除数为正，则商不必修正；如果除数位负，则商需要校正当不能除尽时，如果商为正，则不必修正；如果商为负，则商需要校正求得n位商后，得到的余数往往是不正确的，正确的余数常需要根据具体情况做适当的处理若商为正，当余数与被除数符号相同，则不需处理；当余数与被除数异号时，则应将余数加上除数进行修正才能获得正确的余数若商为负，当余数与被除数同号时，则余数不需要处理；当余数与被除数异号时，则余数需要减去除数进行校正余数之所以需要校正，是因为补码不恢复余数法除法运算过程中先比较上商的缘故浮点运算浮点数常用规格化数进行运算浮点数加减运算阶码和尾数采用补码表示的浮点数加减运算对阶：对阶的原则是小的阶码向大的看齐，因为小阶码增大时，尾数部分右移而减小，损失的是最低位，对精度影响不大尾数运算：对阶完成后，按照定点数的加减法运算执行尾数加减操作结果规格化：为了处理方便，一般取两位符号位，当尾数符号位01或10时，需要向右规格化，将尾数右移一位，同时阶码加一；当尾数为11.1xxx 或00.0xxx时，需要左移规格化，左移次数不固定，直到尾数部分出现11.0xx或00.1xx为止舍入：在对阶右移和结果规格化右移时，会丢掉末尾的值，常用的舍入方法末位恒置1法：只要右移时丢失过1，则末位置10舍1入法：当丢失位数最高位为1时，尾数末尾加1溢出判断：只有阶码溢出时，才产生溢出，阶码符号位为01和10时溢出IEEE 754浮点数的加减运算IEEE 754浮点数的阶码采用移码表示，尾数采用原码表示，且尾数的最高位隐藏，因此算法与之前都采用补码的形式不同对阶和规格化过程中，阶码的运算采用移码的加减运算尾数的运算采用原码运算法则，且隐藏位要参与尾数运算隐藏位参与尾数规格化判断及尾数规格化过程溢出判断，上溢时阶码全1，下溢时阶码全0浮点数乘法运算阶码相加尾数相乘结果规格化浮点数除法运算尾数调整：检查被除数的尾数是否小于除数的尾数（考察绝对值），如果被除数的尾数大于除数尾数，则将被除数的尾数右移一位并调整阶码。
计算机组成与结构习题及答案
第一章：概述一、选择题1．完好的计算机系统应包括__ ___。
A. 运算器、存储器、控制器B. 外部设备和主机C. 主机和实用程序D. 配套的硬件设备和软件系统2．至今为止，计算机中的所有信息仍以二进制方式表示的理由是_ __。
A. 节约元件B. 运算速度快C. 物理器件的性能决定D. 信息处理方便3．从系统构造看，至今绝大多数计算机仍属于__ __型计算机。
A. 并行B. 冯.诺依曼C. 智能D. 实时处理4．计算机外围设备是指__ ___。
A. 输入/输出设备B. 外存储器C. 远程通讯设备D. 除CPU和内存以外的其他设备5．在微型机系统中，外围设备通过___ ___与主板的系统总线相连接。
A. 适配器B. 译码器C. 计数器D. 存放器6．冯·诺依曼机工作的根本方式的特点是__ ____。
A. 多指令流单数据流B. 按地址访问并顺序执行指令C. 堆栈操作D. 存贮器按内容选择地址7．微型计算机的开展一般是以_____技术为标志。
A. 操作系统B. 微处理器C. 磁盘D. 软件8．以下选项中，___ ___不属于硬件。
A. CPUB. ASCIIC. 内存D. 电源9．对计算机的软、硬件进展管理是__ ____的功能。
A. 操作系统B. 数据库管理系统C. 语言处理程序D. 用户程序10．下面的四个表达中，只有一个是正确的，它是____。
A．系统软件就是买的软件，应用软件就是自己编写的软件B．外存上的信息可以直接进入CPU被处理C．用机器语言编写的程序可以由计算机直接执行，用高级语言编写的程序必须经过编译〔解释〕才能执行D．假如说一台计算机配置了FORTRAN语言，就是说它一开机就可以用FORTRAN 语言编写和执行程序答案：1.D 2C. 3.B. 4.D. 5.A. 6B 7.B 8. B 9. A 10. C二、判断题1．在微型计算机广阔的应用领域中，会计电算化应属于科学计算应用方面。
计算机组成心得7篇
计算机组成心得7篇通过心得体会，我们能够更深入地理解问题的本质和解决方法，写好一篇心得体会需要经过实践的检验和反思来不断完善，下面是作者为您分享的计算机组成心得7篇，感谢您的参阅。
计算机组成心得篇1进入了大二的最后一个学期，本学期都是专业课程，对专业知识的要求也有了提高。
本学期学习了《计算机组成原理》让我对计算机系统的组成和工作原理有了较深的理解与感受，也让我对计算机有了一个崭新体会与理解。
计算机组成原理》是计算机专业一门核心专业基础课，在专业课程内有着非常重要的作用，对于要学习计算机专业的学生来说是一门非常重要的课程，这门课程要求我们通过基础知识的学习，简化问题，理解模型机的工作过程，从而建立计算机系统、计算机整机运行原理的概念，而且计算机的组成及运行原理的基本思想已经渗透到由计算机衍生出来的许多领域，而且我们要想真正理解软件，就必须理解硬件，软件和硬件共存于计算机系统中。
首先计算机组成原理的第一章是计算机概论。
计算机是由硬件和软件组成的，计算机的硬件包括运算器，存储器，控制器，适配器，输入输出设备等。
软件也是计算机系统结构的重要组成部分，也是计算机不同于一般电子设备的重要根源所在。
计算机系统是一个由硬件和软件组成的多层次结构。
而第二章是计算机中的数据表示。
我们在这章中要理解计算机中的各种进位计数制，并且必须掌握二进制与十进制之间的转换方法，这是一项学好这门课必须掌握的，接下来要理解数的原码、补码、和反码的概念，还要理解定点数、浮点数的概念和表示方法，掌握数据校验码的原理。
第三章是运算方法和运算器。
尽管有些计算比较麻烦，但是我知道这些是学习这门课的基础。
以及相关的指令系统和处理器等的工作原理。
使我在概论和数据表示的基础上对计算机组成原理有了更深一步的了解。
第四章是指令系统。
这章我们需要了解指令系统的基本概念、要求，并要理解指令的含义，要求我们掌握指令的编码格式、字长和扩展方法，还有几种常用的寻址方式和理解指令的一些基本的执行方式。
算术逻辑运算部件
并行化
为了提高计算效率，算术逻 辑部件正在向并行化方向发 展，通过多核、多线程等技 术实现并行计算。
智能化
算术逻辑部件与人工智能技 术的结合，可以实现更智能 化的计算，例如自适应计算、 神经网络计算等。
算术逻辑运算部件的未来展望
更高效能
随着技术的不断进步，算术逻辑部件的计算能力将得到进 一步提升，能够处理更复杂、更高精度的计算任务。
集成电路时代
随着集成电路技术的发展，算术逻辑运算部件被集成在一块芯片上， 进一步提高了运算速度和可靠性。
现代计算机中的算术逻辑运算部件
现代计算机中的算术逻辑运算部件通常采用超大规模集成电路（VLSI） 技术实现，具有更高的集成度和运算性能。
02 算术逻辑运算部件的组成
加法器
总结词
加法器是算术逻辑运算部件中的基本组成之一，用于执行加法运算。
逻辑运算器
总结词
逻辑运算器是算术逻辑运算部件中的基 本组成之一，用于执行逻辑运算。
VS
详细描述
逻辑运算器用于实现逻辑运算，如与、或 、非等操作。它通常由多个门电路组成， 如AND门、OR门和NOT门等。逻辑运算 器在计算机中广泛应用于各种逻辑运算和 位操作任务，如位与、位或、位异或等操 作。
03 算术逻辑运算部件的工作原理
功能
算术逻辑运算部件接收来自寄存器或 内存的数据，执行相应的运算，并将 结果输出到寄存器或内存中。
算术逻辑运算部件的重要性
1 2
实现计算机的基本功能
算术逻辑运算部件是计算机中实现计算和数据处 理的核心部件，没有它，计算机将无法完成基本 的算术和逻辑运算任务。
提高计算机性能
高效的算术逻辑运算部件能够提高计算机的运算 速度和性能，从而提升计算机的整体表现。
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（2）无权码：表示一个十进制数位的二进制码的每一位没有确定的权。 在这介绍余3码。
余3码：在8421码的基础上，把每个编码都加上0011来表示 十进制数。
第三章 运算方法和运算部件
3.1 数据的表示方法和转换 3.2 带符号的二进制数据在计算机中的表示
方法及加减法运算 3.3 二进制乘法运算 3.4 二进制除法运算 3.5 浮点数的运算方法 3.6 运算部件 3.7数据校验码 思考题
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3.1数据的表示方法和转换
数值零的补码表示形式是唯一的，即： ［+0］补=［-0］补=0.0000
当补码加法运算的结果不超出机器范围时，可得出以下重
要结论： 1) 用补码表示的两数进行加法运算，其结果仍为补码。 2) ［X+Y］补=［X］补+［Y］补。 3) 符号位与数值位一样参与运算。
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八进制或十六进制转换到二进制，将每一位数写成3位或4位 (15.24)8 = (001 101. 010 100)2 =（1 101.010 1)2 （2）二进制数转换成十进制数 （3）十进制数转换成二进制数
对整数部分通常采用除2取余的原则 对小数部分通常采用乘2取整的原则
3、数据符号的表示 （1）真值：数据的数值通常以正（+）负（-）号后跟绝对值来表 示，称之为真值。 （2）机器数:通常将数值数据在计算机内部编码表示的数称为机 器数。其中用0表示正号，用1表示负号。
3、反码表示 定义：
X反
X 2
2
n
0 X
X
1
1
X
0
例3.2.3
已知：X=+0.1011(n=4),则［X］反=0.1011 X=-0.1011(n=4),则［X］反=2-2-4+(-0.1011)=1.0100
反码零有两种表示形式：
［+0］反=0.0000, ［-0］反=1.1111 数值0在三种机器数表示方法种的定义
[+0]原=0.0000, [-0]原=1.0000
[+0]补=0.0000，[+0]补=0.0000
[+0]反=0.0000，[+0]反=1.1111
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4、整数的表示形式
（1）原码
X原
X 2n
X
0 X 2n 2n X
2n X 0
（2）反码
X
反
X (2n1
0X 1) X
2n 2n
X
0
（3）补码
X
反
X 2n1
0 X 2n X 2n1 X
2n X 0
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二、加减法运算的溢出处理
1、溢出概念：
当运算结果超出机器数所能表示的范围时，称为溢出。
[注]：当两个异号数相加或两个同号数相减，其结果是不会溢出；
一、数值型数据的表示和转换
1、数制：在计算机系统中，常用的进位计数制有下列几种： 二进制 R=2 基本符号为0和1； 八进制 R=8 基本符号为0、1、2、3、4、5、6、7； 十六进制 R=16 基本符号为0、1、2、3、4、5、6、7、8、9 A、B、C、D、E、F； 十进制 R=10 基本符号为0、1、2、3、4、5、6、7、8、9
加法运算规则： 若两个余3码相加不产生进位，应从结果中减去0011； 若两个余3码相加产生进位，应将近位信号送入高位，本位 加0011； 2、数字串在计算机内的表示与存储 （1）字符形式：即一个字节存放一个十进制数位或符号位。
存放的是0～9十个数字和正负号的ASCII编码值 。 （2）压缩的十进制数形式：用一个字节存放两个十进制数, 既节省了存储空间，又便于完成十进制数的算术运算。其值 用BCD码或ASCII码的低4位表示。符号位也占半个字节并在 最低数字位之后其值可从4位二进制码中的6种冗余状态中选 用。
2、不同计数制间的数据转换 （1）二进制数、八进制数和十六进制之间的转换
二进制转换到八进制，以3位为1组进行转换 （1 101.010 1)2=(001 101. 010 100)=(15.24)8
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二进制转换到十六进制，以4位为1组进行转换 （1 1101.0101)2=(0001 1101. 0101)=(1D.5)16
当两个同号数相加或两个异号数相减，其结果有可能溢出。
① 9+5=14 ② (-9)+(-5)= -14 ③ 12+7=19(溢出)
01001
10111
01100
+) 0 0 1 0 1
+) 1 1 0 1 1
+) 0 0 1 1 1
01110
110010
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二、十进制数的编码与运算
1、十进制数位的编码与运算 在计算机中采用4位二进制码对每个十进制数进行编码；4位
有16种不同的组合，从中选出10种来表示十进制位的0-9,因此由 多种方案可供选择。 （1）有权码：又称为“以二进制编码的十进制码”
用0000，0001, …,1001分别表示0，1, …,9 实现BCD码算术运算，对运算结果进行修正，加法的修正
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3.2 带符号的二进制数据在计算机种的表示方法 及加减法运算
一、原码、补码、反码及其加减法运算
先假设机器数为小数，符号位放在左面，小数点置于符号位与 数值之间。 1、原码表示
定义：
例3.2.1
X原
X 1
X
0 1
X X
1
1
X
0
X=+0.1011,［X］原=01011; X=-0.1011,［X］原=11011。 由于小数点位置已默认在符号位之后，书写时将其省略了。
数值零的真值有+0和-0两种表示形式，［X］原也有两种表示 形式：
［+0］原=00000， ［-0］原=10000。
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2、补码表示
定义：
X补
X 2
X
0X 2 X
1
1 X 0
例3.2.2 X=+0.1011,则［X］补=0.1011 X=-0.1011,则［X］补=2+X=2+(-0.1011)=1.0101