中国石油大学胜利学院15级软件工程计算机组成原理复习提纲（上）

Posted 2020-09-23

第一章 绪论

 

 

 

 

计算机的性能指标

1. 吞吐量
2. 相应时间
3. 利用率
4. 处理机字长
5. 总线宽度
6. 存储器容量
7. 存储器带宽
8. 主频

 

第二章 计算机中数据信息表示法

数值转换

 

数的编码表示

1. 原码：符号位数值化，数值位不变

（1）       零的原码表示不唯一（有+0和-0）

（2）       原码的表示范围：

1）  整数范围：-127<=x<=127

2）  小数范围：-（1-2^-7 ）<= x <=1-2^-7

1. 补码：

（1）       正数：原反补表示相同

（2）       负数：对原码，符号位不变，其余各位取反，末位加1

零的补码表示唯一（0000000）。

（3）       表示范围：

1）-127 <=x<=127（整数范围）

2）-1<x<1-2^-7 （小数范围）

         （4）[X]_补= 模+X  (X<0)

 

1. 反码：

（1）       正数：原码反码补码表示都相同

（2）       负数：对原码，符号位保持不变，其余各位取反

（3）       零的反码表示不唯一

1. 移码

（1）x>0， 符号为1； x<0， 符号为0。

（2）移码表示与补码表示一一对应

           （3）移码只用于表示浮点数的阶码，所以只用于整数。

PS：正数的原码、反码、补码表示都相同

           负数的原码、反码、补码表示不同

 

数的小数点表示

1. 定点表示

（1）       定点小数：小数点位置隐含的固定

 

（2）      

 

（3）      

 

1. 浮点表示

（1）       基本格式：

 

（2）       浮点数的规格化：

通过左移尾数同时修改阶码使其变成规格化的浮点数

（3）       原码表示：尾数最高位为1，即 尾数.尾数值 = 0.1 或1.1

（4）       补码表示：

1） 正数：尾数最高位为1 即尾数.尾数值 =0.1

2） 负数，尾数的最高位0 即尾数.尾数值 = 1.0

（5）表示范围：

 

1.  IEEE754浮点数表示

（1）格式：1位符号位 +8位移阶码 +23位尾数（隐藏位1）

 

 

 

 

第三章 运算方法和运算器

移位运算：

逻辑移位：

寄存器中整组数据进行移位，空位补0，只有数字位置的变换，无数量的变化

算数移位：

寄存器中带符号数的移位，移位时，符号位保持不变，仅数量变化

算数移位规则

正数：左移、右移都补零

负数：

1. 原码：移位补零
2. 反码：移位补1
3. 补码：左移补零，右移补1
4. 恒舍：多余的部分全部舍去
5. 冯诺依曼射入法：末位恒置1
6. 0舍1入
7. ROM舍入法：查表法
8. 同号：仅数值部分相加，结果的符号去被加数或者加数的符号
9. 异号：数值部分相减，结果的符号去绝对值大的数的符号

舍入操作

原码的加减法

补码的加减法

运算规则

 

1.[X＋Y]_补= [X]_补＋[Y]_补

2.[X－Y]_补= [X]_补＋[－Y]_补  （mod 4,二位符号位）

3.符号位一起参加运算，将符号位向前的进位丢掉即可

溢出判断

1. 正溢：01
2. 负溢 ：10
3. 部分积初始化
4. 部分积+乘数B的最后一位*被乘数C
5. 部分积向右移一位
6. 重复2 3 直到结束
7. 结果的符号是乘数与被乘数的符号异或

定点乘法

原码乘法：

原码的一位乘

补码乘法

被乘数x, [x]_补＝x_s.x₁…x_n

乘数y,   [y]_补＝y_s.y₁…y_n＝y₀.y₁…y_n

⑴ x任意，y>0时，---同原码乘法

    [x.y]_补 ＝[x]_补^.[y]_补

⑵ x任意，y<0时，---校正法

    [x^.y]_补 ＝[x]_补^.(0.y₁…y_n )+[-x]_补

⑶ x，y都任意---比较法（Booth算法）

 

定点除法

原码除法

恢复余数法

规则：左移时符号位包括在内

1. 将被除数-除数
2. 结果大于0，商1，余数左移一位
3. 结果小于0 ，商0，恢复余数，余数左移一位
4. 重复1,2,3 直至商的精度满足要求

Ps：结果要加精度 左移几次就加2的负几次方

 

加减交替法

规则：（加减交替左移不移动符号位）

1. 被除数－除数，得余数：
2. 余数为正数，上商1，余数左移一位，减除数
3. 余数为负数，上商0，余数左移一位，加除数
4. 重复上述操作 直至商的精度满足要求
5. 最后一次余数为负数时，要恢复余数，直至余数为正

 

规格化浮点补码加减法

1. 对阶 –小阶向大阶看齐（尾数右移 ）
2. 尾数求和
3. 规格化：补码正数满足00.1 补码负数满足11.0
4. 舍入
5. 溢出处理（阶码溢出即溢出）
6. 乘法：尾数相乘，阶码相加
7. 除法：尾数相除，阶码相减

规格化浮点补码乘数运算

步骤：

1. 阶码运算：阶码求和（乘法）阶码求差（除法）
2. 浮点除的尾数处理：浮点数中尾数惩处法运算结果，要进行舍入处理

 

逻辑运算

1. 逻辑非：按位取反
2. 逻辑加：逻辑或，按位求或
3. 逻辑乘：逻辑与，按位求与
4. 逻辑异：按位进行异或
5. 逻辑运算都是按位进行的，无进位和借位关系

 

 

加减法运算器

全加器---基本的算逻运算部件

输入端3个：

A_i,B_i —本位操作数

C_i-1 — 低位来的进位

输出端两个：

S_i ——本位和

C_i ——本位向高位的进位

 

并行加减法 运算器

串行加法器中，进位串行，在并行加法器中，进位仍然串行

并行加法器的进位链

 

 

 

 

 

 

 

第四章 指令系统

概述

1. 指令：引起计算机执行某种操作的最小的功能单位
2. 指令系统 一台计算机中所有机器指令的集合
3. 指令格式：操作码+操作数地址码
4. 操作码：指明本条指令的操作功能
5. 操作数地址码：指出该条指令设计的操作数的地址
6. 指令字长：一个指令字中包含的二进制的尾数
7. 机器字长：指计算机能直接处理的二进制数据的位数，它决定了计算机的运算精度
8. 算逻运算类
9. 数据传送类
10. 指令控制类
11. I/O类
12. 其他

指令系统的分类

 

指令格式

1. 不同计算机，其操作码的编码和位数不同

定长操作码

每条指令的操作码长度都相同

优点：简化了计算机的硬件设计提高了指令译码和识别速度。

变长操作码

指令操作码的长度不尽相同

优点：在比较短的指令字中，既能表示处比较多的指令条数，又能尽量满足操作数地址的要求。

缺点：增加了硬件设计的复杂性

适用于字长较短的计算机系统

操作码与操作数地址有所交叉

优点 在短的指令字中，既能表示处比较多的指令条数，又能尽量满足操作数地址的要求

缺点 硬件设计复杂

地址码的设计安排

计算机操作数的来源、去处

来源：

1. CPU内部的通用寄存器（最快）
2. 内存的一个单元
3. 外设接口中的寄存器
4. 立即数

去处：

1. CPU内部的通用寄存器
2. 内存的一个单元
3. 外设接口中的寄存器