计算机组成原理：算术逻辑部件与定点数运算

"南航计算机组成原理课件第三章涵盖了计算机中的算术逻辑部件ALU以及定点数和浮点数的运算。课程讲解了定点数的加减、乘除运算，包括补码、原码、移码的不同表示方法。此外，还介绍了IA-32指令系统中的各种运算操作，如无符号整数、带符号整数、逻辑数和浮点数的运算。ALU作为运算部件的核心，能进行基本的算术和逻辑运算，并生成条件码。课程强调ALU设计对于支持高级语言运算需求的重要性，并回顾了CPU及其他计算机基本部件的功能。" 计算机组成原理是计算机科学的基础，其中ALU（算术逻辑单元）是CPU中的关键组件，负责执行基本的算术和逻辑运算。在本课件中，ALU的实现被详细讨论，特别是如何通过它来执行定点数的运算。定点数是一种在固定位置表示数字的方法，通常用于整数运算。补码、原码和移码是三种不同的数值表示方式，分别用于不同类型的运算，如补码用于减法运算以解决负数的问题。 补码加减运算：在计算机中，为了处理负数，使用了补码表示法。补码加法可以处理正负数的加法和减法，而补码减法实际上相当于加两个操作数的补码。这种运算方式避免了单独处理负数的复杂性。 原码加减运算：原码是数字的直接表示，不包含任何关于正负的信息。在原码运算中，加法可以直接进行，但减法需要额外的转换。 移码加减运算：主要用于浮点数运算，其中每个数都相对于某个基准值进行偏移，使得运算更加简便。 定点数乘法和除法：这些运算通常比加法和减法复杂，需要多次加法和移位操作。乘法可以通过将一个数左移位并累加来实现，而除法则可能涉及迭代和比较。 IA-32指令系统是英特尔x86架构的一部分，支持多种运算类型，包括定点数和浮点数的运算。浮点数运算涉及浮点数的加、减、乘、除，这些运算通常由专门的浮点运算单元（FPU）处理，但在没有FPU的情况下，也可以通过ALU和移位器模拟实现。 ALU的操作控制端（ALUop）决定了它执行的具体操作，其位数决定了可支持的操作数量。例如，3位的ALUop可以表示8种不同的操作，如加、减、逻辑与、逻辑或等。 此外，计算机系统中还有其他关键部件，如程序计数器（PC）、存储器地址寄存器（MAR）、指令寄存器（IR）、存储器数据寄存器（MDR）和通用寄存器组（GPRs），它们共同协作完成指令的执行。标志寄存器记录了运算结果的状态，如零标志（ZF）、溢出标志（OF）、进位标志（CF）和符号标志（SF），这些信息对于程序的控制流和条件判断至关重要。 总结来说，这个课件深入浅出地介绍了计算机中的算术逻辑运算和计算机体系结构的基础知识，对于学习计算机组成原理或准备南航考研的学生来说是非常有价值的资源。