"计算机组成原理第三章PPT(清华出版社)主要涵盖了运算器的设计方法和定点补码加减运算的详细讲解。"
在计算机组成原理中,运算器是CPU的核心组成部分,负责执行基本的算术和逻辑运算。第三章深入探讨了运算器的设计方法,主要分为四个层次:
1. 并行加法器的构建:基于机器的字长,通过N个一位全加器串联形成N位并行加法器,能快速完成二进制数的加法运算。
2. 多功能算术逻辑运算部件:通过多路选择逻辑,可以在加法器的输入端实现不同输入组合,将加法器扩展为能执行多种运算的部件,如逻辑与、或、非等操作。
3. 乘除运算的实现:结合加法器和移位器,可以构建定点乘法器和除法器。定点乘法器利用乘法算法,而定点除法器则采用迭代或长除法。进一步,将定点运算部件与浮点运算部件(包括定点整数的阶码运算和定点小数的尾数运算)结合,可形成浮点运算器,处理浮点数的运算。
4. 运算器的完整构造:在算术逻辑运算部件的基础上,配合控制逻辑和各种寄存器(如累加器、暂存器等),可以构建出完整的运算器,它能够执行程序指令中的各种算术和逻辑运算,并管理数据的输入输出。
接下来,章节详细阐述了定点补码加减运算:
2.1 补码加法和减法是计算机中常见的运算形式,尤其在定点数处理中。补码表示法用于负数的存储,使得加减运算可以统一处理。
2.2 补码加法的基础关系是[x+y]补=[x]补+[y]补。对于正数、负数以及符号相反的数的加法,都有相应的证明过程,确保补码加法规则的正确性。
2.3 补码减法可以通过加法的补码形式来表达,即[x-y]补=[x]补-[y]补。证明过程中,利用补码的性质,先将减法转换为加法,再通过补码的求逆规则得出结果。
2.4 补码加减法的运算规则包括:
- 操作数都使用补码表示。
- 遵循二进制的进位规则,但进位时是“逢二进-”,即溢出时减1而不是加1。
- 符号位参与运算,且在运算过程中保持不变,用于判断结果的正负。
这些内容构成了计算机中进行算术运算的基础,理解并掌握这些原理对于理解和设计计算机系统至关重要。通过这个PPT,学习者可以深入了解计算机内部如何执行基本的数学运算,从而更好地理解计算机的工作机制。