计算机组成原理：补码加减与存储系统解析

"这是一份关于计算机组成原理的PPT课件，包含了习题供学习者进行实践操作。主要涉及408课程的相关知识点，包括移位运算、定点数的加减法（原码和补码）、数据的大小端存储、边界存储问题、C语言中的无符号与有符号类型转换，以及存储系统的层次结构，特别是CPU、Cache、主存之间的数据交互和管理方式。" 在计算机组成原理中，移位运算是基础操作之一。移位运算包括左移和右移，对于补码表示的定点数，移位时需要考虑符号位。例如，在进行左移时，如果空出的低位需要保持原数值的符号，即如果原数是负数，则空位填充1；如果是正数，则填充0。反之，右移时，通常会根据数据的符号决定用0还是1填充高位。 定点数的加减法分为原码和补码两种方式。原码加减法中，符号位不参与实际的算术运算，仅用于判断结果的正负。而补码加减法则将符号位与数值部分一同参与运算，可以更方便地处理负数，并且在硬件实现上更为简单。 符号位扩展是在处理不同宽度的数据时，为了保持数值的正确性，需要将较窄的数据扩展到与较宽的数据相同的宽度。扩展时，根据原数的符号，将额外的位填充0（正数）或1（负数）。 数据的存储方式有两种主要形式：大端存储和小端存储。大端存储是指数据的最高有效位存储在内存的最低地址，反之，小端存储则是最低有效位在最低地址。这两种方式在不同的处理器架构中有所区别，理解其工作原理对于跨平台编程至关重要。 在C语言中，无符号数和有符号数的转换需要谨慎处理，因为它们的表示范围和溢出行为不同。无符号数总是非负的，而有符号数可以表示负值。在转换过程中，需要避免潜在的溢出和截断错误。 存储系统通常采用层次结构，如CPU、Cache、主存和辅存。CPU可以直接访问Cache和主存，而Cache与主存之间的数据交换由硬件自动透明完成，以提高访问速度。主存和辅存之间的数据调度则涉及到操作系统的页表管理和磁盘I/O，这个过程对程序员来说是透明的，但了解其工作原理有助于优化程序性能。