计算机组成原理课件

第1章计算机系统概论2020年1月17日星期五24.冯诺依曼型计算机的主要设计思想是什么？它包括哪些主要组成部分？冯诺依曼计算机的主要设计思想存储程序并按地址顺序执行冯诺依曼计算机主要包括存储器、运算器、控制器、输入和输出五部分组成2020年1月17日星期五35.什么是存储容量？什么是单元地址？什么是数据字？什么是指令字？存储容量存储器所能保存二进制数据的总数;常用单位为KB、MB等。单元地址用于识别存储器中每个存储单元的编号，即单元地址。数据字表示计算机所要处理数据的计算机字，称为数据字。指令字表示一条指令的计算机字，称为指令字。2020年1月17日星期五46.什么是指令？什么是程序？指令由操作码和操作数两部分构成能够表示计算机中的一个基本操作的代码或二进制串。程序用于求解某一问题的一串指令序列，称为该问题的计算程序，简称为程序。2020年1月17日星期五57.指令和数据均存放在内存中，计算机如何区分它们是指令还是数据？计算机对指令和数据的区分是依靠指令的执行阶段来决定的；在取指阶段，从存储器中读取的均是CPU要执行的指令；在执行阶段，从存储器中读取的一定是指令执行所需要的操作数；2020年1月17日星期五68.什么是内存？什么是外存？什么是CPU？什么是适配器？简述其功能。内存：用于存放系统当前运行所需要的程序和数据的半导体存储器，称为内存储器，简称内存；外存用于存放程序和数据，但不能被CPU直接访问的大容量存储器，称为外存储器，简称为外存；外存一般包括磁盘存储器和光盘存储器。CPU运算器和控制器合称为中央处理器，简称CPU。适配器主机和不同速度的外设之间的一种部件，用于主机和外设之间的信息转换。第2章运算方法和运算器2020年1月17日星期五81.用8位编码表示下列各整数的原码、反码、补码。真值原码反码补码-35-0100011101000111101110011011101127+1111111011111110111111101111111-127-1111111111111111000000010000001-1-00000011000000111111110111111112020年1月17日星期五9若a7＝0，则X为正数，显然a0···a6取任何值均可。若a7＝1，则X为负数，[X]移＝0.a6a5···a0∵－0.5D=－0.100000B，则[－0.5D]移＝0.100000∴若要X－0.5，即等价于[X]移[－0.5D]移即0.a6a5···a00.100000，因此必须是a5···a0不全为0。结论：如果a7＝0，a6···a0取任何值均可；如果a7＝1，必须满足a6=1且a5···a0不全为0。2.设[X]补＝a7.a6a5···a0，其中ai取0或1，若要X-0.5，求a0a1a2···a7的取值。2020年1月17日星期五103.有一个字长为32位的浮点数，符号位1位；阶码8位，用移码表示；尾数23位，用补码表示；基数为2。请写出：(1)最大数的二进制表示，(2)最小数的二进制表示，(3)规格化数所能表示的数的范围。设移码采用移128码，且机器数格式如右：①最大值（最大正数）01111111111111111111111111111111即x=(1-2-23)*2127二进制表示：x=(1-0.00000000000000000000001)*21111111②最小值（最小负数）①11111111100000000000000000000000即x=－1*2127二进制表示：x=-1*21111111符号位S(1位)阶码E(8位)尾数M(23位)2020年1月17日星期五113.有一个字长为32位的浮点数，符号位1位；阶码8位，用移码表示；尾数23位，用补码表示；基数为2。请写出：(1)最大数的二进制表示，(2)最小数的二进制表示，(3)规格化数所能表示的数的范围。设移码采用移128码，且机器数格式如右：③规格化数表示范围最大正数：01111111111111111111111111111111即x=(1-2-23)*2127最小正数：00000000010000000000000000000000即x=2-1*2-128最大负数：10000000001111111111111111111111即x=-(2-1+2-23)*2-128最小负数：11111111100000000000000000000000即x=－1*2127规格化的正数范围2-129～(1-2-23)*2127负数范围－2127～－(2-1+2-23)*2-128符号位S(1位)阶码E(8位)尾数M(23位)2020年1月17日星期五124、将下列十进制数表示成IEEE754标准的32位浮点规格化数。27/6427/64=0.011011B=1.1011*2-2e=－2，则E＝e＋127＝125∴规格化数－27/64－27/64=－0.011011B=－1.1011*2-2∴规格化数符号位阶码(8)尾数(23)00111110110110000000000000000000符号位阶码(8)尾数(23)101111101101100000000000000000002020年1月17日星期五13＋[y]补00.000115、已知x和y，用变形补码计算x＋y，同时指出结果是否溢出。①x=0.11011y=0.00011[x]补＝00.11011，[y]补＝00.00011∴[x+y]补＝00.11110，未溢出x+y=+0.11110[x]补00.1101100.111102020年1月17日星期五14②x=0.11011y=－0.10101[x]补＝00.11011，[y]补＝11.01011∴[x+y]补＝00.00110，未溢出x+y=+0.00110＋[y]补11.010115、已知x和y，用变形补码计算x＋y，同时指出结果是否溢出。[x]补00.1101100.001102020年1月17日星期五15③x=－0.10110y=－0.00001[x]补＝11.01010，[y]补＝11.11111∴[x+y]补＝11.01001，未溢出x+y=-0.10111＋[y]补11.111115、已知x和y，用变形补码计算x＋y，同时指出结果是否溢出。[x]补11.0101011.010012020年1月17日星期五166、已知x和y，用变形补码计算x－y，同时指出结果是否溢出。①x=0.11011y=－0.11111[x]补＝00.11011，[－y]补＝00.11111∴x-y溢出（上溢）[x]补00.11011＋[－y]补00.1111101.110102020年1月17日星期五176、已知x和y，用变形补码计算x－y，同时指出结果是否溢出。②x=0.10111y=0.11011[x]补＝00.10111，[－y]补＝11.00101∴[x-y]补＝11.11100，未溢出x-y=-0.00100[x]补00.10111＋[－y]补11.0010111.111002020年1月17日星期五186、已知x和y，用变形补码计算x－y，同时指出结果是否溢出。③x=0.11011y=－0.10011[x]补＝00.11011，[－y]补＝00.10011∴[x-y]补溢出（上溢）[x]补00.11011＋[－y]补00.1001101.011102020年1月17日星期五197、用原码阵列乘法器计算x×y。①x＝11011y＝－11111机器内部补码数据：[x]补＝011011[y]补＝100001符号位单独运算：0⊕1＝1算前求补器输出：|x|=11011|y|=11111乘法阵列：|x|×|y|＝1101000101算后求补器输出：[x×y]补＝10010111011∴x×y=-110100010111011110111101111011110111101000101×11111110112020年1月17日星期五207、用原码阵列乘法器计算x×y。②x＝－11111y＝－11011机器内部补码数据：[x]补＝100001[y]补＝100101符号位单独考虑：1⊕1＝0算前求补器输出：|x|=11111|y|=11011乘法阵列：|x|×|y|＝1101000101算后求补输出：[x×y]补＝01101000101∴x×y=0110100010111111111110000011111111111101000101×11011111112020年1月17日星期五219-1、x=2-011×0.100101，y=2-010×(-0.011110)，求[x+y]设尾数阶码均使用双符号位的补码表示[x]浮＝11101，00.100101[y]浮＝11110，11.1000101)求阶差并对阶△E＝Ex－Ey＝[Ex]补＋[－Ey]补＝11101＋00010＝11111修改后的x表示为：[x]浮＝11110，0.010010(1)2)尾数求和MS=Mx+My=11.110100(1)3)规格化处理执行2次左规处理，MS=11.010010(0)，ES=111004)舍入处理5)判溢出故得最终结果为x＋y＝2－100×（－0.101110）00.010010＋11.10001011.110100采用0舍1入法处理，则舍去0阶码符号位为11，不溢出2020年1月17日星期五229-1、x=2-011×0.100101，y=2-010×(-0.011110)，求[x-y]设尾数阶码均使用双符号位的补码表示[x]浮＝11101，00.100101[y]浮＝11110，11.1000101)求阶差并对阶△E＝Ex－Ey＝[Ex]补＋[－Ey]补＝11101＋00010＝11111修改后的x表示为：[x]浮＝11110，0.010010(1)2)尾数求差MS=Mx－My=00.110000(1)3)规格化处理4)舍入处理5)判溢出故得最终结果为x＋y＝2－010×0.11000100.010010＋00.01111000.110000采用0舍1入法处理，则进位，MS=00.110001阶码符号位为11，不溢出[－My]补[Mx]补不需规格化2020年1月17日星期五239-2、x=2-101×(-0.010110)、y=2-100×0.010110，求[x+y]设尾数阶码均使用双符号位的补码表示[x]浮＝11011,11.101010[y]浮＝11100,00.0101101)求阶差并对阶△E＝Ex－Ey＝[Ex]补＋[－Ey]补＝11011＋00100＝11111即△E为－1，x的阶码小，应使Mx右移1位，Ex加1，[x]浮＝11100，1.110101（0）2)尾数求和MS=Mx+My=00.001011（0）3)规格化处理执行2次左规处理，MS=00.101000(0)，ES=110104)舍入处理5)判溢出故得最终结果为x＋y＝2－110×（0.101100）11.110101（0）＋00.01011000.001011（0）采用0舍1入法处理，则舍去0阶码符号位为11，不溢出2020年1月17日星期五249-2、x=2-101×(-0.010110)y=2-100×0.010110，求[x-y]设尾数阶码均使用双符号位的补码表示[x]浮＝11011,11.101010[y]浮＝11100,00.0101101)求阶差并对阶△E＝Ex－Ey＝[Ex]补＋[－Ey]补＝11011＋00100＝11111即△E为－1，x的阶码小，应使Mx右移1位，Ex加1，[x]浮＝11100，1.110101（0）2)尾数求差MS=Mx-My=11.011111（0）3)规格化处理4)舍入处理5)判溢出故得最终结果为x＋y＝2－100×（－0.100001）11.110101＋