计算机组成基本原理路在脚下——以踏实·执着·进取态度

1、计算机组成基本原理路，在脚下以踏实执着进取态度 上次作业讲评上次作业讲评画一个4位移位电路的完整逻辑图，该电路具有直送、循环左移1位、循环右移1位的功能，由控制信号 S0、 S1进行选择。计算机组成基本原理路，在脚下以踏实执着进取态度补充题一补充题一 根据状态条件C、Z、V、S写出表示以下数据比较结果状态条件的表达式： 1、无符号数大于 2、无符号数小于或等于 3、带符号数小于 4、带符号数大于或等于习题习题P86 1、2、3、5、10、11（给图）思考题思考题P86(不用交不用交) 4、6、7、8 、12（选）注意：1、邮件的主题上的学号与姓名章号计算机组成基本原理路，在脚下以踏实执着进取态

2、度教学内容教学内容教学大纲规定教学大纲规定: 讲解讲解计算机的计算机的硬件系硬件系统统 的的组成原理组成原理与内部与内部运运行机制行机制T- 单台：非多机系统，单台：非多机系统， 非多处理机结构非多处理机结构 基本：不一定是最高性能，最合理的组成基本：不一定是最高性能，最合理的组成, 而是最基础的必要的组成部分而是最基础的必要的组成部分 完整：计算机整机全部的硬件功能部件完整：计算机整机全部的硬件功能部件计算机组成基本原理路，在脚下以踏实执着进取态度输入设备输出设备入出接口和总线外存设备主存储器高速缓存控 制 器运 算 器第四单元第五单元第三单元第二单元计算机硬件系统计算机组成基本原理路，在脚

3、下以踏实执着进取态度运 算 器计算机硬件系统 运算器部件是计算机中进行数据加工的部件，其主要功能包括：1. 执行数值数据的算术加减乘除等运算， 执行逻辑数据的与或非等逻辑运算， 由一个被称为 ALU 的线路完成。 2. 暂时存放参加运算的数据和中间结果， 由多个通用寄存器来承担。 3. 运算器通常也是数据传输的通路 。 计算机组成基本原理路，在脚下以踏实执着进取态度控 制 器运 算 器计算机硬件系统 控制器是计算机中控制执行指令的部件：一. 正确执行每条指令 1. 首先是取来一条指令， 2. 接着分析这条指令， 3. 再按指令格式和功能执行这条指令二. 保证指令按规定序列 自动 连续 地 执行

4、。三. 对各种异常情况和请求及时响应和处理。说到底，控制器要向计算机各功能部件提供 每一时刻协同运行所需要的控制信号计算机组成基本原理路，在脚下以踏实执着进取态度外存设备主存储器高速缓存控 制 器运 算 器计算机硬件系统 由高速缓冲存储器，主存储器，外存储器所组成的多级（层）存储器系统，是计算机中用于存储程序和数据的子系统。 这三级存储器所用的存储介质的工作原理和特性各不相同。将作为三个部分分别讲解。计算机组成基本原理路，在脚下以踏实执着进取态度输入设备是向计算机中送入程序和数据的有一定独立功能的设备，通过 接口 和 总线与计算机主机连通，用于人机交互联系,如计算机键盘和鼠标等。输入设备外存设

5、备主存储器高速缓存控 制 器运 算 器计算机硬件系统计算机组成基本原理路，在脚下以踏实执着进取态度输入设备输出设备外存设备主存储器高速缓存控 制 器运 算 器计算机硬件系统 输出设备是计算机中用于送出计算机内部信息的设备,例如打印机, 显示器等。计算机组成基本原理路，在脚下以踏实执着进取态度输入设备输出设备外存设备主存储器高速缓存控 制 器运 算 器计算机硬件系统这些部件和设备通过总线和接口连接在一起, 构成计算机整机系统 ,协同运行.计算机组成基本原理路，在脚下以踏实执着进取态度输入设备输出设备入出接口和总线外存设备主存储器高速缓存控 制 器运 算 器第四单元第五单元第三单元第二单元计算机硬

6、件系统计算机组成基本原理路，在脚下以踏实执着进取态度第二单元：第第二单元：第 3、4 章章一一. 数据编码与表示数据编码与表示(基本基本)二二. 数据的算术运算数据的算术运算(基本基本) 定点运算器的功能与组成定点运算器的功能与组成(重点重点) 浮点运算与浮点运算器浮点运算与浮点运算器五五. 检错纠错编码检错纠错编码(难点难点)计算机组成基本原理路，在脚下以踏实执着进取态度 一一. 数据编码与表示数据编码与表示 1. 信息编码二要素信息编码二要素 2. 基二码应用实例：数据表示基二码应用实例：数据表示 逻辑数据表示逻辑数据表示 字符数据表示字符数据表示 ASCII EBCDIC 字符串字符串

7、汉字汉字 检错纠错码检错纠错码 奇偶校验码奇偶校验码 海明校验码海明校验码 循环冗余校验码循环冗余校验码 3. 进位记数法与数制转换进位记数法与数制转换 定点小数定点小数 整数整数 浮点数浮点数 二二十进制数（十进制数（BCD编码）编码）计算机组成基本原理路，在脚下以踏实执着进取态度1. 数字化编码二要素数字化编码二要素数值数值 文字文字 符号符号 语音语音 图形图形 图像图像 等统称数据，等统称数据，在计算机内部，都必须用数字化编码的形式在计算机内部，都必须用数字化编码的形式被被 存储存储 加工加工 和和 传送传送 数字化编码二要素数字化编码二要素: 1 .少量简单的基本符号少量简单的基本符

8、号 2. 一定的组合规则一定的组合规则 用以表示大量复杂多样的信息用以表示大量复杂多样的信息计算机组成基本原理路，在脚下以踏实执着进取态度2. 基二码基二码 （二进制码）（二进制码）只使用两个基本点符号：只使用两个基本点符号： 符号个数最少，物理上容易实现符号个数最少，物理上容易实现与二值逻辑的与二值逻辑的 真真 假假 两个值对应简单两个值对应简单用二进制码表示数值数据运算规则简单用二进制码表示数值数据运算规则简单计算机组成基本原理路，在脚下以踏实执着进取态度基二码应用实例：数据表示基二码应用实例：数据表示逻辑型数据逻辑型数据字符型数据字符型数据ASCII 码码 EBCDIC 码码字符串字符串

9、 汉字汉字检错纠错码检错纠错码奇偶校验奇偶校验海明校验海明校验 循环冗余校验循环冗余校验数值型数据数值型数据定点小数定点小数 整数整数 浮点数浮点数 二二十进制数（十进制数（BCD码）码） 计算机组成基本原理路，在脚下以踏实执着进取态度逻辑型数据逻辑型数据逻辑型数据只有两个值：真逻辑型数据只有两个值：真 和和 假，假，正好可以用二进制码的两个符号分别表示，正好可以用二进制码的两个符号分别表示，例如例如 1 表示表示 真真 则则 0 表示表示 假假不必使用另外的编码规则。不必使用另外的编码规则。对逻辑型数据可以执行逻辑的对逻辑型数据可以执行逻辑的 与与 或或 非等基本非等基本逻辑运算。其规则如下

10、：逻辑运算。其规则如下：计算机组成基本原理路，在脚下以踏实执着进取态度逻辑型数据基本运算规则逻辑型数据基本运算规则 X Y X与Y X或Y X的非 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 1 0 计算机组成基本原理路，在脚下以踏实执着进取态度字符型数据的表示字符型数据的表示 字符作为人字符作为人机联系的媒介，是最重要的数机联系的媒介，是最重要的数据类型之一，当前的西文字符集由据类型之一，当前的西文字符集由 128 个符号组个符号组成，通常用成，通常用 8 位二进制编码位二进制编码,即用一个字节来表示即用一个字节来表示每一个符号，当前通用的两个标准字符集是：每一个

11、符号，当前通用的两个标准字符集是：ASCII 码：码： 即即 American Standard Code for Information InterchangeEBCDIC码：即码：即 Extended Binary Coded Decimal Interchage Code ASCII码字符集具体编码如下表所示：码字符集具体编码如下表所示： P60计算机组成基本原理路，在脚下以踏实执着进取态度ASCII字符编码集字符编码集 b6 b5 b4 000 001 010 011 100 101 110 111 b3 b2 b1 b0 0000 NUL DLE SP 0 P , p 0001 SO

12、H DC1 ! 1 A Q a q 0010 STX DC2 “ 2 B R b r 0011 ETX DC3 # 3 C S c s 0100 EOT DC4 $ 4 D T d t 0101 ENQ NAK % 5 E U e u 0110 ACK SYN & 6 F V f v 0111 BEL ETB 7 G W g w 1000 BS CAN ( 8 H X h x 1001 HT EM ) 9 I Y i y 1010 LF SUB * : J Z j z 1011 VT ESC + ; K k 1100 FF FS , N n 1111 SI US / ? O _ o P

13、60计算机组成基本原理路，在脚下以踏实执着进取态度字符串的表示与存储字符串的表示与存储 字符串是指连续的一串字符，它们占据主存中连续的字符串是指连续的一串字符，它们占据主存中连续的多个字节，每个字节存放一个字符，对一个主存字的多个字节，每个字节存放一个字符，对一个主存字的多个字节，有按从低位到高位字节次序存放的，也有多个字节，有按从低位到高位字节次序存放的，也有按从高位到低位字节次序存放的。表示字符串数据要按从高位到低位字节次序存放的。表示字符串数据要给出串存放的主存起始地址和串的长度。例如：给出串存放的主存起始地址和串的长度。例如：IF AB THEN READ(C)就可以有如下不同的存放方

14、式：就可以有如下不同的存放方式： I F A A F I B T T B 假定每个字假定每个字 H E N N E H 由由 4 个字节个字节 R E A D D A E R 组成组成 ( C ) ) C (计算机组成基本原理路，在脚下以踏实执着进取态度汉字的表示汉字的表示通常用两个字节表示一个汉字通常用两个字节表示一个汉字为了与西文字符编码相区别（西文的为了与西文字符编码相区别（西文的ASCII码码的最高一位编码值为的最高一位编码值为0），表示一个汉字时，），表示一个汉字时，把两个字节的最高一位的编码值设定为把两个字节的最高一位的编码值设定为1，则，则该编码集的最多编码数量为该编码集的最多编

15、码数量为128*128。这种编码方案与西文传送中的把这种编码方案与西文传送中的把ASCII码的最码的最高一位用作奇偶校验位有矛盾。高一位用作奇偶校验位有矛盾。计算机组成基本原理路，在脚下以踏实执着进取态度汉字信息的数字化国标码：国家标准信息交换用汉字编码。国标码采用双字节的编码方式,用两个7位二进制编码表示一个汉字。国标码收入6763个汉字，682个西文字符、图符，构成9494的矩阵。（每一行为“区”，每一列为“位”：国标区位码）机内码“啊”：区位码“1601” 国标码“3021H”00110 10110000 1 “啊”：机内码“B0A1H”1 国标码第一字节1 国标码第二字节计算机组成基本

16、原理路，在脚下以踏实执着进取态度汉字信息的数字化外码输入程序内码字库字符显示输出打印输出输入输出汉字输入码(外码):将汉字通过键盘输入到计算机而采用的编码。拼音：全拼、双拼字型：五笔字型数字：区位码、电报码汉字机内码：在汉字信息处理中为汉字的存储、运算与传输所编制的代码内码与字符一一对应计算机组成基本原理路，在脚下以踏实执着进取态度汉字的输出（字库）汉字点阵类型 点阵 占用字节数简易型161632普及型2424提高型3232精密型484872128288计算机组成基本原理路，在脚下以踏实执着进取态度各种汉字编码之间的关系数字编码字音编码字形编码内码字形码国标码显示汉字打印汉字计算机组成基本原理

17、路，在脚下以踏实执着进取态度进位记数法与进制转换进位记数法与进制转换进位记数法进位记数法N=i=m-1Di*ir-kN 代表一个数值r 是这个数制的基(Radix)i表示这些符号排列的位号Di是位号为i的位上的一个符号ri是位号为i的位上的一个 1 代表的值irDi*是第i位的所代表的实际值表示m+k位的值求累加和 p49计算机组成基本原理路，在脚下以踏实执着进取态度十进制转二进制十进制转二进制整数部分除整数部分除2 2取余取余 小数部分乘小数部分乘2 2取整取整2 1 1222521011010.625 * 210.25 * 200.5 * 21 0.0 除尽为止 求得位数满足要求为止低高高

18、低从二进制数求其十进制的值，逐位码权累加求和计算机组成基本原理路，在脚下以踏实执着进取态度二到八或十六进制转换二到八二到八 从小数点向左右三位一分组从小数点向左右三位一分组（10 011 100 . 01)10 011 100 . 01)2 2 = ( 234 . 2 ) = ( 234 . 2 )8 8 010 010 二到十六二到十六 从小数点向左右四位一分组从小数点向左右四位一分组（1001 1100 . 01)1001 1100 . 01)2 2 = ( 9C . 4 ) = ( 9C . 4 )1616 0100 0100 说明：说明：整数部分不足位数对转换无影响，整数部分不足位数对

19、转换无影响， 小数部分不足位数要补零凑足，小数部分不足位数要补零凑足， 否则出错。否则出错。计算机组成基本原理路，在脚下以踏实执着进取态度二二 十进制编码（十进制编码（BCD编码编码）用四位二进制表示一位十进制，用四位二进制表示一位十进制， 16个编码状态选用其中的个编码状态选用其中的10个编码个编码有多种方案，例如：有多种方案，例如： 8421码，余码，余 3 码，循环码码，循环码又可区分为：又可区分为：有权码：每位上的有权码：每位上的 1 代表确定的值代表确定的值无权码：无法确定每位上的无权码：无法确定每位上的 1 代表的值代表的值计算机组成基本原理路，在脚下以踏实执着进取态度0 0000

20、 0011 0000 00001 0001 0100 0001 01112 0010 0101 0011 01103 0011 0110 0010 01014 0100 0111 0110 01005 0101 1000 1110 10116 0110 1001 1010 10107 0111 1010 1000 10018 1000 1011 1100 10009 1001 1100 0100 1111有权码 与 无权码8421余3码 循环码 84-2-1 P66-67计算机组成基本原理路，在脚下以踏实执着进取态度如何判定码权如何判定码权 0 0000 1 0111 4 +（-2）+（-1）

21、 2 0110 4 +（-2） 验验证每个码的值证每个码的值 3 0101 4 +（-1） 4 0100 4 从一编码求码权从一编码求码权 5 1011 8 +（-2）+（-1） 6 1010 -2 结论结论 7 1001 -1 证明此编证明此编码系统为有权码码系统为有权码 8 1000 8 9 1111 8 + 4 +（-2）+（-1）计算机组成基本原理路，在脚下以踏实执着进取态度如何判定码权如何判定码权 0 0000 1 0111 4 +（-2）+（-1） 2 0110 4 +（-2） 验验证每个码的值证每个码的值 3 0101 4 +（-1） 4 0100 4 从一编码求码权从一编码求码

22、权 5 1011 8 +（-2）+（-1） 6 1010 -2 结论结论 7 1001 -1 证明此编证明此编码系统为有权码码系统为有权码 8 1000 8 9 1111 8 + 4 +（-2）+（-1）计算机组成基本原理路，在脚下以踏实执着进取态度如何判定码权如何判定码权 0 0000 1 0111 4 +（-2）+（-1） 2 0110 4 +（-2） 验验证每个码的值证每个码的值 3 0101 4 +（-1） 4 0100 4 从一编码求码权从一编码求码权 5 1011 8 +（-2）+（-1） 6 1010 -2 结论结论 7 1001 -1 证明此编证明此编码系统为有权码码系统为有权

23、码 8 1000 8 9 1111 8 + 4 +（-2）+（-1）计算机组成基本原理路，在脚下以踏实执着进取态度如何判定码权如何判定码权 0 0011 2+1 = 0 验证验证各码的值各码的值 1 0100 1 从从一编码求码权一编码求码权 2 0101 1 3 0110 2 4 0111 5 1000 6 1001 结论结论 7 1010 证明此编码系统证明此编码系统为无权码为无权码 8 1011 9 1100 计算机组成基本原理路，在脚下以踏实执着进取态度数值数据在计算机内的格式数值数据在计算机内的格式定点小数: N = N N N .Ns-1-n-2整 数 : N = N N N .

24、N N01snn-1浮点数: N = M E E .E E M M .M ssm-110-1-2-n符号位 阶码位 尾数数码位 总位数 短浮点数: 1 8 23 32长浮点数: 1 11 52 64 临时浮点数: 1 15 64 80IEEE 标准： 阶码用移码，尾数用原码 基为 2 P63计算机组成基本原理路，在脚下以踏实执着进取态度定点小数表示定点小数表示: Ns N1 N2 Nn X = X = X =（纯小数）原码，反码，补码的定义 P68 真值、机器数 P68中间 -1 X 0原 X 1 - X0 X 1 (1)反 X(2 - 2 )+ X-n0 X 1-1 X 0 Mod ( 2

25、- 2 )-n (3)补 X 2 + X0 X 1-1 X 0Mod 2 (2)计算机组成基本原理路，在脚下以踏实执着进取态度定点小数表示定点小数表示: Ns N1 N2 Nn 原原 码码 定义：定义： X 原原 =实例：实例：X1 = 0.10110 -0.10110 0.0000 X 原原 = 010110 110110 00000 10000 结论：原码为符号位加数的绝对值，结论：原码为符号位加数的绝对值，0正正1负负 原码零有两个编码，原码零有两个编码，+0和和 -0编码不编码不同同 原码难以用于加减运算，但乘除方便原码难以用于加减运算，但乘除方便 X 1 - X -1 X 0 0 X

26、 1计算机组成基本原理路，在脚下以踏实执着进取态度定点小数表示定点小数表示: Ns N1 N2 Nn 模模 2 补码补码 定义：定义： X 补补 =实例：实例：X1 = 0.10110 -0.10110 0.0000 X 补补 = 010110 101010 00000结论：补码最高一位是符号位，结论：补码最高一位是符号位，0正正 1 负负 补码表示为补码表示为 2*符号位符号位 + 数的真值数的真值 补码零只有一个编码，故能表示补码零只有一个编码，故能表示 -1 补码能很好地用于加减（乘除）运算补码能很好地用于加减（乘除）运算 X 2 + X -1 X 0 MOD 2 0 X 1 P69书中

27、5计算机组成基本原理路，在脚下以踏实执着进取态度定点小数表示定点小数表示: Ns N1 N2 Nn 反反 码码定义：定义： X 反反 =实例：实例：X1 = 0.10110 -0.10110 0.0000 X 反反 = 010110 101001 00000 11111 结论：负数为符号位跟数每一位的反，结论：负数为符号位跟数每一位的反，0正正 1 负负 反码零有二个编码，分反码零有二个编码，分+0 和和 -0 反码难以用于加减运算反码难以用于加减运算 X (2-2-n) + X -1 X 0 MOD (2-2-n) 0 X = k + r +1 检错纠错能力检错纠错能力有r个错的位置正确状态

28、有k个错的位置至少有的状态 若能发现并改正一位错， 也能发现两位错,则应增加一位校验位：设r=r+1,则 ， r=r-1代入上式 2r-1 = k + r P57计算机组成基本原理路，在脚下以踏实执着进取态度在在k+ r位中，若能发现并改正一位错，位中，若能发现并改正一位错， 也能发现也能发现两位错两位错,则：则： 2r-1 = k + r检错纠错能力检错纠错能力345 1112 2627 5758 120 k值 最小的r值 45678 P57表3-2 根据上式可列出下面校验与数据位数对应的关系表 计算机组成基本原理路，在脚下以踏实执着进取态度海明码的实现编码方案D3 D2 D1 P4 P3

29、P2 P1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1已知k位 列号 6 5 3 0 4 2 1 未知r位 行号 4 3 2 1 如何填此表最上行（P4行）都填“1” Pi行 在Pi列填为“1”，其余填“0” Di列 使I列的值为3、5、6 例如： 设 k =3, 查表则r =4 P58表3-3计算机组成基本原理路，在脚下以踏实执着进取态度对Pi进行编码(方案)行号 4 3 2 1D3 D2 D1 P4 P3 P2 P1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0

30、 1列号 6 5 3 0 4 2 1 已知k位 未知r位 则传送的码字即为 D3 D2 D1 P4 P3 P2 P1 总偶校1次偶校P3 = D3 + D2 P2 = D3 + D1P1 = D2 + D1P4 = P3 + P2 + P1 + D3 + D2 + D1计算机组成基本原理路，在脚下以踏实执着进取态度海明码的实现译码方案D3 D2 D1 P4 P3 P2 P1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1S1 = P1 + D2 + D1S2 = P2 + D3 + D1S3 = P3 + D3 + D2S4 =

31、P4 + P3 + P2 + P1 + D3 + D2 + D1译码方案传送的码字为 D3 D2 D1 P4 P3 P2 P1 行号 4 3 2 1 例如： 设 k =3, 查表则r =4计算机组成基本原理路，在脚下以踏实执着进取态度S1 = P1 + D2 + D1S2 = P2 + D3 + D1S3 = P3 + D3 + D2S4 = P4 + P3 + P2 + P1 + D3 + D2 + D1译码方案传送的码字为 D3 D2 D1 P4 P3 P2 P1 结论：无错： S4 S3 S2 S1全为 0，即Pi与Di组合都与传送前匹配。一位错： S4 S3 S2 S1对应的位错，取反

32、纠正。校验位错可不理睬 二位错：S4 =0，S3 S2 S1 不全是0。（S4反映奇、偶错）计算机组成基本原理路，在脚下以踏实执着进取态度知道2位错，D2D1要纠正否？传送的码字为 D3 D2 D1 P4 P3 P2 P1 检错分析： 如果出错：S4=0或1区分2或1位错。（S4反映偶、奇位错） D2D1同时错，或D3错，S3S2S1=110。所以上表称 “出错模式表” D3 D2 D1 P4 P3 P2 P1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1S1 = P1 + D2 + D1S2 = P2 + D3 + D1S3

33、= P3 + D3 + D2S4 = P4 + P3 + P2 + P1 + D3 + D2 + D1行号代表 S 的下标出错模式表P3P2同时错呢？三位错或四位错不研究行号 4 3 2 1不知1位还是2位错能纠正？计算机组成基本原理路，在脚下以踏实执着进取态度P1 = D2 + D1P2 = D3 + D1P3 = D3 + D2海明码的实现方案 例如： k =3, r =4D3 D2 D1 P4 P3 P2 P1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 P4 = P3 + P2 + P1 + D3 + D2 + D1S

34、1 = P1 + D2 + D1S2 = P2 + D3 + D1S3 = P3 + D3 + D2S4 = P4 + P3 + P2 + P1 + D3 + D2 + D1编码方案译码方案计算机组成基本原理路，在脚下以踏实执着进取态度对Pi进行编码方案行号 4 3 2 1D3 D2 D1 P4 P3 P2 P1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1列号 6 5 3 0 4 2 1 已知k位 未知r位 则传送的码字即为 D3 D2 D1 P4 P3 P2 P1 总偶校1次偶校课堂练习：对应8个数据位的海明码字？如果传送过

35、程中，最低数据位1错变为0，则译码后，S4S3S2S1=？S5=？ P4 = P3 + P2 + P1 + D3 + D2 + D1P3 = D3 + D2 P2 = D3 + D1P1 = D2 + D1计算机组成基本原理路，在脚下以踏实执着进取态度循环冗余码（循环冗余码（CRC） Cyclical Redundancy Check用于多位串行数据传送中的检错纠错处理，在用于多位串行数据传送中的检错纠错处理，在 k 位数据位串行移位输出的过程中，用带有异或位数据位串行移位输出的过程中，用带有异或门控制的移位寄存器形成门控制的移位寄存器形成 r 个校验位的值，跟随在数据位之后传个校验位的值，跟

36、随在数据位之后传 送走。在接收端再对送走。在接收端再对 k+r 位的码字进行合位的码字进行合法与出错检查，若可能则自动改错。法与出错检查，若可能则自动改错。计算机组成基本原理路，在脚下以踏实执着进取态度循环冗余码的实现的数学原理10111 1000000 10111 01110 00000 11100 10111 1011101模2运算：模2 加，模2除 最后余数的定义被除数商除数计算机组成基本原理路，在脚下以踏实执着进取态度码字的循环结构码字的循环结构 1001011 4 0010111 1 合法码字循环移位，合法码字循环移位， 0101110 2 得到的一定是合法得到的一定是合法 1011

37、101 5 码字，可能是原码码字，可能是原码 0111011 3 字本身，或另外一字本身，或另外一 1110110 7 个码字，这正是循个码字，这正是循 1101101 6 环码名字的由来。环码名字的由来。0， 0000000 0 6、7，4、1、2，5、3。计算机组成基本原理路，在脚下以踏实执着进取态度循环冗余码循环冗余码CRC码字=k位数据码 拼 r位生成码 k位 r 位CRC 码字n位计算机组成基本原理路，在脚下以踏实执着进取态度循环冗余码的实现原理循环冗余码的实现原理 循环冗余码可在 k个数据位个数据位串行移位输出过程中求出 r 个校验位个校验位的值。数学原理用的是模数学原理用的是模

38、2 除除，即对由 k 个数据位后跟 r 个 0 构成的数，除以表中查得的一个生成多项式（对应一个特定的 r + 1 位二进制数），求求出的出的 r 位的位的余数就是校验位的结果。余数就是校验位的结果。 计算机组成基本原理路，在脚下以踏实执着进取态度循环冗余码的实现原理循环冗余码的实现原理 循环冗余码可在 k个数据位个数据位串行移位输出过程中求出 r 个校验位个校验位的值。数学原理用的是模数学原理用的是模 2 除除，对 k 个数据位跟 r 个 0 的数，除以一个生成多项式，求出的求出的 r 位的位的余数就是校验位的结果。余数就是校验位的结果。 为了描述不断移位操作过程中的数据，引进伪变量为了描述

39、不断移位操作过程中的数据，引进伪变量 X X 和它的不同的幂，以表示这个数取值为和它的不同的幂，以表示这个数取值为 1 1 的那些位的那些位的值。此时的值。此时 k k 位数据，位数据，k + r k + r 位码字，位码字，r r 位的余数均位的余数均可以用一元多项式表示。模可以用一元多项式表示。模 2 2 除时作除数用的二进制除时作除数用的二进制数也表现为多项式的形式，叫做生成多项式。数也表现为多项式的形式，叫做生成多项式。计算机组成基本原理路，在脚下以踏实执着进取态度检错纠错码小结检错纠错码小结1. K位码有位码有2K 个编码状态，全用于表示合法码个编码状态，全用于表示合法码,则任何一位

40、出错则任何一位出错, 均会变成另一个合法码均会变成另一个合法码,不不具有检错能力具有检错能力2. 从一个合法码变成另一个合法码从一个合法码变成另一个合法码,只少只少要改变要改变几位码的值几位码的值,称为最小码距称为最小码距(码距码距)3. K+1 位码位码,只用其只用其 2K 个状态，可使码距个状态，可使码距 为为 2 , 如果一个合法码中的一位错了，如果一个合法码中的一位错了， 就成就成为非法码，通过检查码字的合法性，就得到检为非法码，通过检查码字的合法性，就得到检错能力，这就是奇偶校验码。错能力，这就是奇偶校验码。计算机组成基本原理路，在脚下以踏实执着进取态度检错纠错能力检错纠错能力4.

41、对对 k 位数据位，当给出位数据位，当给出 r 位校验位时，位校验位时，要发要发现并改正一位错，现并改正一位错， 须须 满满 足足 如如 下下 关关 系：系： 2r = k + r +1 ，要发现并改正一位错，要发现并改正一位错， 也能发现两位错也能发现两位错,则应：则应： 2r-1 = k + r , 5. 若最小码距为若最小码距为 d (d=2), 能发现能发现 d-1 位错位错,或或 改正改正 (d-2)/2 (取整取整) 位位错错,此时码距为 4。计算机组成基本原理路，在脚下以踏实执着进取态度第二单元：第第二单元：第 3、4 章章一一. 数据编码与表示数据编码与表示二二. 数据的算术运

42、算数据的算术运算三三. 定点运算器的功能与组成定点运算器的功能与组成四四. 浮点运算与浮点运算器浮点运算与浮点运算器五五. 检错纠错编码检错纠错编码计算机组成基本原理路，在脚下以踏实执着进取态度二二.数据的算术运算数据的算术运算补码补码 加加 减减 法法 运算运算原码一位乘法运算原码一位乘法运算 原码一位除法运算原码一位除法运算补码一位乘法运算补码一位乘法运算 补码一位乘法运算补码一位乘法运算原码二位乘法运算原码二位乘法运算 补码二位乘法运算补码二位乘法运算其它快速乘除法运算方法简介其它快速乘除法运算方法简介计算机组成基本原理路，在脚下以踏实执着进取态度全加器+M控制FAXiYiMCiCi+1

43、一位加减法单元ASUM=0求和，M=1求差YiY=MYiM=0时，Y=YiM=1时，Y=/Yi来自低位的进位向高位进位和X补Y补= X补+-Y补Zi= Xi Y Ci计算机组成基本原理路，在脚下以踏实执着进取态度高位运算：1、要等到低位 运算结束2、进位有输出 才能进行。所以只能逐位进位，不能所有位同进行（并行运算）C0Z0C1C2Z1FAX0Y0MFAX1Y1Mt1t1+1秒t1+2秒行波波的行进方向串行进位计算机组成基本原理路，在脚下以踏实执着进取态度一位ALU进位输入 操作控制线数据线进位输出 P90图4.4计算机组成基本原理路，在脚下以踏实执着进取态度F X实现补码加减运算的逻辑电路实

44、现补码加减运算的逻辑电路Fs F ALU 目的 寄存器源 寄存器 选通门选通门选通门F 1XYF YX F010 1F /YFsOVRZC累加器X X-Y P74X X+YX FF XFsOVRZC 均为补码计算机组成基本原理路，在脚下以踏实执着进取态度 数据的算术运算数据的算术运算补码补码 加加 减减 法法 运算运算原码一位乘法运算原码一位乘法运算 原码一位除法运算原码一位除法运算补码一位乘法运算补码一位乘法运算 补码一位乘法运算补码一位乘法运算原码二位乘法运算原码二位乘法运算 补码二位乘法运算补码二位乘法运算其它快速乘除法运算方法简介其它快速乘除法运算方法简介计算机组成基本原理路，在脚下以

45、踏实执着进取态度控制32位定点原码一位乘方案控制32位ALU R2 R0 R1 先放32乘数部分积最终的64积数据32被乘数P76图3.4计数器 计算机组成基本原理路，在脚下以踏实执着进取态度原码一位乘运算原码一位乘运算X*Y原原 =( X + Y ) ( X * Y ) 例如：例如： X = 0.1101 Y = - 0.1011 0. 1 1 0 1 00 0 0 0 0 1 0 1 1 * 0. 1 0 1 1 00 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 00 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 1 00 0 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 00 1 0 0

46、 0 1 1 1 1 + 1 1 0 1 X 和和 Y 符号异或为负符号异或为负 0 . 1 0 0 0 1 1 1 1 最终乘积最终乘积原码表示为：原码表示为： 1 1 0 0 0 1 1 1 1 手工运算过程手工运算过程 计算机内运算的计算机内运算的实现方法实现方法部分积 乘数计算机组成基本原理路，在脚下以踏实执着进取态度原码一位乘运算原码一位乘运算 例如：例如： X = 0.1101 Y = - 0.1011 0. 1 1 0 1 问题：问题： * 0. 1 0 1 1 1. 加法器只有两个加法器只有两个数据输入端数据输入端 1 1 0 1 2. 加法器与乘运算加法器与乘运算数据位数相同

47、数据位数相同 1 1 0 1 解决方案：解决方案： 0 0 0 0 每次求出部分积，而每次求出部分积，而不是一次总累加不是一次总累加 + 1 1 0 1 变每次左移被乘数为变每次左移被乘数为右移部分积右移部分积 0 . 1 0 0 0 1 1 1 1 判乘数每一位的值用固判乘数每一位的值用固定的一位线路定的一位线路 手工运算过程手工运算过程 计算机组成基本原理路，在脚下以踏实执着进取态度原码一位乘运算原码一位乘运算 例如：例如： X = 0.1101 Y = - 0.1011 0. 1 1 0 1 累加累加器初值取零值器初值取零值 * 0. 1 0 1 1 + 1 1 0 1 初初值加被乘数值

48、加被乘数 1 1 0 1 部部分积右移，分积右移， 0 0 0 0 将移出将移出的一位保存起来的一位保存起来 + 1 1 0 1 求第一次部分积求第一次部分积 0 . 1 0 0 0 1 1 1 1 手工运算过程手工运算过程 计算机组成基本原理路，在脚下以踏实执着进取态度原码一位乘运算原码一位乘运算 1 1、原码一位乘、原码一位乘 动动 画画 2 2、原码一位乘、原码一位乘 流程图流程图 3 3、原码一位乘、原码一位乘 原理图原理图计算机组成基本原理路，在脚下以踏实执着进取态度原码一位乘运算原码一位乘运算X*Y原原 =( X + Y ) ( X * Y ) 例如：例如： X = 0.1101

49、Y = - 0.1011 0. 1 1 0 1 00 0 0 0 0 1 0 1 1 * 0. 1 0 1 1 00 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 00 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 1 00 0 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 00 1 0 0 0 1 1 1 1 + 1 1 0 1 X 和和 Y 符号异或为负符号异或为负 0 . 1 0 0 0 1 1 1 1 最终乘积最终乘积原码表示为：原码表示为： 1 1 0 0 0 1 1 1 1 手工运算过程手工运算过程 计算机内运算的计算机内运算的实现方法实现方法计算机组成基本原理路，在脚下以踏实执着进

50、取态度控制32位定点原码一位乘方案控制32位ALU R2 R0 R1 先放32乘数部分积最终的64积数据32被乘数计数器 计算机组成基本原理路，在脚下以踏实执着进取态度三. 定点运算器的功能与组成三三. 定点运算器的功能与定点运算器的功能与功能功能:完成算术与逻辑运算完成算术与逻辑运算组成：组成：1、ALU: 计算出结果及其特征计算出结果及其特征2、通用寄存器组、通用寄存器组: 存放参加运算的数存放参加运算的数 据和运据和运算结果算结果3、标志寄存器：存放运算后的状态、标志寄存器：存放运算后的状态4、乘商寄存器、乘商寄存器: 用于完成硬件乘除法用于完成硬件乘除法 5、数据通路、数据通路(dat

51、a path) P88图4.1计算机组成基本原理路，在脚下以踏实执着进取态度二选一ALU二选一三选一R0R1R三选一Q三选一nCn+4F=0000OVRF3Y3Y0D3D0Cn数据输出数据输入乘商通用寄存器定点运算器部件实例OEABAm2901状态输出A口地址B口地址RAM3RAM0Q3Q0RS控制信号I2 I1 I0I5 I4 I3I8 I7 I6选数据源选操作功能选结果安排P97图4.7计算机组成基本原理路，在脚下以踏实执着进取态度定点运算器定点运算器运算器，三大件，运算器，三大件，运算、暂存、乘除快运算、暂存、乘除快多路选通连起来多路选通连起来 功能与组成 控制与使用数据组合有内外运算功

52、能说明白存、移、输出巧安排计算机组成基本原理路，在脚下以踏实执着进取态度 A L U S RCnFF3F=0000OVRCn+4 Am2901芯片是一个 4位的位片结构的运算器器件,其内部组成如左图所示 第一个组成部分是算逻运算部件ALU，能完成 3 种算术运算和 5 种逻辑运算功能。其输出为 F，两路输入为 S、R，最低位进位是Cn四个状态输出信号如图所示。符号位结果为零结果溢出进位输出计算机组成基本原理路，在脚下以踏实执着进取态度 A L U S RCnFF3F=0000OVRCn+4 Am2901芯片是一个 4 位的位片结构的运算器器件,内部组成讲解如下 第一个组成部分是算逻运算部件AL

53、U，完成 3 种算术运算 和 5 种逻辑运算 ，共 8 种运算功能其输出为 F， 两路输入为 S、R，最低位进位Cn， 4 个状态输出信号,如图所示符号位结果为零结果溢出进位输出R+SSRRSRSRSRSRSRS8种运算功能0000010100111001011101113位功能选择码P100表4.1计算机组成基本原理路，在脚下以踏实执着进取态度 B 16个 A 通用寄存器 A L U S RB锁存器A锁存器CnFF3F=0000OVRCn+4A口地址B口地址第二个组成部分是通用寄存器组由16个寄存器构成，并通过A口与B口地址选择被读的寄存器，B口地址还用于指定写入寄存器通过B口地址、A口地址

54、读出的数据将送到B、A锁存器，要写入寄存器的数据由一个多路选择器送来。（写入）计算机组成基本原理路，在脚下以踏实执着进取态度 B 16个 A 通用寄存器 A L U S RB锁存器A锁存器Q寄存器CnFF3F=0000OVRCn+4A口地址B口地址第三个组成部分是乘商寄存器Q它能对自己的内容完成左右移位功能，其输出可以送往ALU，并可接收ALU的输出结果。计算机组成基本原理路，在脚下以踏实执着进取态度二选一 B 16个 A 通用寄存器 A L U S RB锁存器A锁存器Q寄存器Cn/OEF输出YF3F=0000OVRCn+4A口地址B口地址该芯片的第五个组成部分是五组多路选通门，包括如下内容：

55、一组二选一门，选择把A口数据或ALU结果送出芯片，以给出输出Y的数据，Y输出的有无还要受输出使能/OE信号的控制，仅当/OE为低是才有Y输出，/OE为高，Y输出为高阻态。计算机组成基本原理路，在脚下以踏实执着进取态度二选一 B 16个 A 通用寄存器三选一二选一 A L U S RB锁存器A锁存器Q寄存器Cn/OEF输出YF3F=0000OVRCn+4输入DA口地址B口地址一组三选一门和另一组二选一门用来选择送向ALU的 S、R输入端的数据来源，包括Q寄存器、A口、 B口、外部输入D数据的8 种不同组合。计算机组成基本原理路，在脚下以踏实执着进取态度 B 16个 A 通用寄存器三选一二选一 A

56、 L U S RB锁存器A锁存器Q寄存器CnFF3F=0000OVRCn+4输入DA口地址B口地址8种数据组合(R,S) AQ AB 0Q 0B 0A DA DQ D0 3位数据选择码000 001 010 011 100 101 110 111一组三选一门和另一组二选一门用来选择送向ALU的 R、S输入端的数据来源，包括：Q寄存器、 A口、 B口数据、 外部输入D数据共 8 种不同组合。P100表4.2计算机组成基本原理路，在脚下以踏实执着进取态度二选一 B 16个 A 通用寄存器三选一二选一三选一三选一 A L U S RB锁存器A锁存器Q寄存器Cn/OEQ3Q0RAM0RAM3F输出YF

57、3F=0000OVRCn+4输入DA口地址B口地址一组三选一门完成把ALU的输出、或左移一位、或右移一位的值送往通用寄存器组，最高、最低位移位信号有双向入/出问题一组三选一门完成Q寄存器的左移一位、或右移一位、或接收ALU输出值的功能，最高、最低位移位信号有双向入/出问题。计算机组成基本原理路，在脚下以踏实执着进取态度二选一ALU二选一三选一R0R1R三选一Q三选一nCn+4F=0000OVRF3Y3Y0D3D0Cn数据输出数据输入乘商通用寄存器定点运算器部件实例OEABAm2901状态输出A口地址B口地址RAM3RAM0Q3Q0RS控制信号I2 I1 I0I5 I4 I3I8 I7 I6选数

58、据源选操作功能选结果安排比较P97图4.7计算机组成基本原理路，在脚下以踏实执着进取态度P100表4.38 种结果处理 3位控制码通用寄存器 Q寄存器Y输出 000 QFF 001 F 010 BF A 011 BF F 100 BF/2 QF/2F 101 BF/2 F 110 B2F Q2FF 111 B2F F计算机组成基本原理路，在脚下以踏实执着进取态度Am2901的控制信号B Q YR S三组各自独立的I8 I7 I6I5 I4 I3I2 I1 I0 编码 000 Q F F R + S A Q 001 F S - R A B 010 B F A R - S 0 Q 011 B F

59、F R S 0 B 100 B F/2 Q Q/2 F R S 0 A 101 B F/2 F R S D A 110 B 2F Q 2Q F R S D Q 111 B 2F F R S D 0计算机组成基本原理路，在脚下以踏实执着进取态度Am2901的操作使用操作功能控制信号B口 A口 I8 I7 I6 I5 I4 I3 I2 I1 I0 CnR0R0+R1R2R2R0QR0 右移R0R0+R1R0R0R1Y A口Y F00000110001000001000100000010001001100001010001000001000000000001000/00000000010000110

60、00010R0R0R1Y F000001100011000010计算机组成基本原理路，在脚下以踏实执着进取态度运算器的时钟脉冲信号运算器的时钟脉冲信号 运算器的时钟脉冲信号运算器的时钟脉冲信号 CP 教学计算机的主频教学计算机的主频: 1.8432MHz /3A、B口锁存通用寄存器接受Q 接受周期和低电平的作用 注意两个跳变沿P101图4.9计算机组成基本原理路，在脚下以踏实执着进取态度二选一ALU二选一三选一R0R1R三选一Q三选一nCYn+8F=00OVRF7Y7Y0D7D0Cn数据输出数据输入乘商通用寄存器定点运算器部件实例OEAB状态输出A口地址B口地址RAM7RAM0Q7Q0RS控制信号I2