计算机组成与体系结构

1、计算机组成与体系结构?复习提纲(2)定点整数:(1)(2)(3)(4)工作(5)(大都是理论性的知识点，相关练习请参照课件和各章习题) 计算机的五大组成部件及其根本功能。输入设备 Input devices存储器运算器控制器:从计算机外部输入信息Memory Unit :存放数据、指令等Arithmetic and Logic Unit (ALU) :执行算术、逻辑运算Control Unit (CU):分析指令，控制指令的执行，协调其它部件输出设备 Output devices :将加工后的信息输出信息处理的中心部件， 合称为“中央处理单元(CPU;存储运算器和控制器是器、运算器和控制器在信

2、息处理操作中起主要作用，是计算机硬件的主体局部,通常被称为“主机。部设备，简称为外设或二. sign magnitude(补码)biased1 sign magnitude(1)定点小数：X,1-X- 1+闵输入(Input )设备和输出(Output)设备统称为“外 I/O 设备。(原码)one s complement (反码)two s complement(移码)的表小与相关计算(原码)0 x 1其中X】原是机器数，x 是真值X“原 211 x = 2B+x(3)原码小数的表示范围：最大值 1- 2 1 最小值-(1- 2 j);假设原码小数的位数是 8 位(n=7)时，其该数表示的最

3、大值、最小值：127/128,-127/128。(4)原码整数的表示范围： 最大值 2n-1 最小值-(2n-1);假设原码整数的位数是 8 位，其表示的最大值、最小值 127, -127。(5)总结：原码为符号位加上数的绝对值，0 正 1 负；原码零有两个编码，+0 和-0编码不同；原码加减运算复杂，乘除运算规那么简单；原码表示简单，易丁同真值之间进行转换。最大缺点：加减法运算复杂。因为：当两数相加时，如果同号那么数值相加，如果异号，那么要进行减法，而在进行减法时，还要比拟绝对 值的大小，然后大数减去小数，最后还要给结果选择恰当的符号。2 one s complement(反码)(1)定点小

4、数：rfJT0JT1成I (2 2F) +xT JT式00 x 2n-2n x 0由反码求补码的公式：补=&】反+ 2即：假设要一个负数变补码，其方法是符号位置 1,其余各位 0 变 1, 1 变 0,然后在最末位(2-n)上加 1。(2)定点整数：_ J *0 x2n白反=1 (2站1_1) +弋-2x0(3)总结：负数反码为符号位跟每位数的反，0 正 1 负；反码零有两个编码,+0 和-0 的编码不同；反码难以用丁加减运算；反码的表数范围与原码相同。3 two s complement(补码)(1)定点小数：(2)定点整数:0 0A 00000111 11001 11111001算

5、术移位：假设 X】补=X0. x1 x2 - - - xn , x/2】补=X0. x0 x1 x2 xn -1(5) 补码编码的简便方法：正数的补码在其二进制代码前加上符号位0;负数的补码是将二进制代码前加 0 后,再全部按位取反，然后在最低位上加 1(6) 补码的运算：由X】补求-x】补将X】补连同符号一起将各位取反， 末位再加 1。4 biased(移码)f X0 0 x 1L 2 + x = 2 |x|-1-1 modmod2 )( (modmod 2 2Il+1Il+1) )假设补码小数的位数是(1) 定点整数：刈移=2 + X -2n x2n注意:移码中符号位 x0 表示的规律与原

6、码、补码、反码相反一一“ 1正，“0负。(2) 特点：a 在移码中，最局位为 0 表小负数，最局位为 1 表小正数，这与原码、补码、反 码的符号位取值正好相反。b 移码为全 0 时所对应的真值最小，为全 1 时所对应的真值最大！移码的大小直 观地反映了真值的大小。c 真值 0 在移码中的表示形式是唯一的，即：+0移=+0移=100, 00移码把真值映射到一个正数域，所以可将移码视为无符号数，直接按无符号数规 那么比拟大小。d 同一数值的移码和补码除最高位相反外，其他各位相同。5 各种码之间的转换(1)原码求补码：正数X 补=X】原；负数符号除外，各位取反，末位加 1补码与真值之间的转换：方法一

7、 X =戈 2 +毛 2+尤妇 2 +呵方法二符号位为“ 1 -负，余下求补为数值局部；符号位为“ 0 -正，余下 为数值局部(3)移码和补码的关系：当0 x2u时，【、移=x.+ 2u当-2ax时，x森= 2-+#补-2职=对补(4)移码、补码和真值之间的关系真值(十进制)真值(二进制)X* 卜(补码)X移(移码)-128-1000,00001000,00000000,0000-127-0111,11111000,00010000,0001,-1-0000,00011111,11110111,111100000,00000000,00001000,000010000,00010000,000

8、11000,0001,1270111,11110111,11111111,1111(5)码制表示法小结：a X】原、X】反、X】补用“0表示正号，用“ 1表示负号;b X移用“1表示正号，用“ 0表示负号c 如果 X 为正数，贝 Ux】原=tx】反=k】补。d 如果 X 为 0, WJ x】补、X】移 有唯一 编码，X原、X反有两种编码。e 移码与补码的形式相同，只是符号位相反。三.溢出(overflow )及检测方法1 溢出两个正数相加：结果大丁机器所能表示的最大正数，称为上溢；两个负数相加：结果小丁机器所能表示的最小负数，称为下溢。2 检测方法(1) 单符号位法当最高有效位有进位而符号位无

9、进位时，产生上溢；当最高有效位无进位而符号位有进位时，产生下溢。(简单地说是正数相加为负数或负数相加为正数那么产生溢出)故溢出逻辑表达式为：V= Cf 金 CO其中 Cf 为符号位产生的进位,Co 为最高有效位产生的进位。此逻辑表达式也可 用异或门实现。(2) 双符号位法将符号位扩充为两位(Sf1、Sf2),其所能表示的信息量将随之扩大，既能判别是 否溢出，乂能指出结果的符号。双符号位法也称为“变形补码或“模 4 补 码。变形补码定义：0 x24+x-2 x OPOP (A)(A) AjAj一地址指令：指令格式，指令格式，OPA A | |操作：操作：(AC)(AC) OPOP (A)(A)

10、ACAC指令字的长度取决丁操作码的长度、操作数地址的长度和操作数地址的个数。指令字长度与机器字长度没有固定的关系，它可以等丁机器字长，也可以大丁或 小丁机器字长。指令字长度等丁机器字长度的指令， 称为单字长指令；指令字长等丁两个机器字 长的指令，称为双字长指令；指令字长度只有半个机器字长度的指令，称为半字长指令。(具体实例见课件 Ch_1011 Instrucion Sets(2) 幻灯片 92 99)十一.存放器的分类及作用1 MBR(D 戚据缓冲存放器)作用：暂时存放由内存储器读出的一条指令或一个 数据字；反之,当向内存存入一条指令或一个数据字时，也暂时将它们存放在数据缓冲存放器中。2 指

11、令存放器(IR)作用：保存当前正在执行的一条指令。当执行一条指令时， 先把它从内存取到数据缓冲存放器中，然后再传送至指令存放器。3 程序计数器(PC 作用：保持的总是将要执行的下一条指令的地址，顺序执 行时：PC+ 1,遇转移指令时，PC 的内容由 IR 中的地址字段取得具有存放信息 和计数两种功能4 MAR(AR 地址存放器) 作用：地址存放器用来保存当前 CPUff 访问的内存单元 的地址。由丁在内存和 CPM 问存在着操作速度上的差异，所以必须使用地址寄 存器来保持地址信息，直到内存的读/写操作完成为止。5 累加存放器(AC 作用：累加存放器 AC 通常简称为累加器，它是一个通用寄 存器

12、。其功能是：当运算器的算术逻辑单元 ALU 执行算术或逻辑运算时，为 ALU 提供一个工作区。累加存放器暂时存放 ALU 运算的结果信息。显然，运算器中至 少要有一个累加存放器。6 状态条件存放器(PSW Program Status Word ) 作用：保存由算术指令和逻辑指令运行或测试的结果建立的各种条件码内容，如运算结果进位标志 (C),运 算结果溢出标志(V),运算结果为零标志(Z),运算结果为负标志(N)等等。这些 标志位通常分别由 1 位触发器保存。十二.指令周期 (Instruction Cycle )的流程，并会用用方框图语言表示见课件 Ch_12 Cpu Structure and Function(shumei)十三.微祁序，微指令，微命令，微操作的概念微程序：实现一条机器指令功能的许多条微指令组成的序列微指令：一组实现一定操作功能的微命令的组合微命令：控制部件通过控制线向执行部件发出的各种控制命令 0微操作：执行部件接受微命令后所进行的操作。十四.总线的分类1 数据传送总线：由地址线、数据线、控制线组成。2 仲裁总线：包括总线请求线和总线授权线。3 中断和同步总线：用于处理带优先级的中断操作，包括中断请求线和中断认可4 公用线：包括时钟信号线、电源线、地线、系统复位线以及加电或断电的时 序信号线等。十五.外围设备的 I/O 控制方式分类