没有合适的资源?快使用搜索试试~ 我知道了~
首页补码概念与冯诺依曼体系结构详解
补码概念与冯诺依曼体系结构详解
需积分: 0 2 下载量 56 浏览量
更新于2024-06-30
1
收藏 820KB DOCX 举报
计算机组成原理笔记1主要介绍了计算机系统的概念和发展历程,以及核心组成部分的原理。首先,它概述了计算机发展的四个阶段,从电子管时代到大规模集成电路和超大规模集成电路时代,展示了技术的迭代进步。章节的核心内容围绕冯●诺依曼体系结构展开,该体系结构强调了五大基本部件:控制器、运算器、存储器、输入设备和输出设备,它们之间的关系和工作方式。 在硬件层面,计算机系统采用了多级层次结构,早期以运算器为中心,后来演变为以存储器为中心,现代的CPU集成了运算器和控制器,构成了核心处理器。软件部分则区分了系统软件和应用软件,包括上机前的准备工作,如建立数学模型、选择计算方法和编写程序,以及运行时的调试和输出操作。 硬件性能指标是学习的重点,其中机器字长衡量了CPU一次处理数据的能力,反映了CPU的性能基础。运算速度则通过主频(CPI)和每秒执行指令的数量(MIPS或MFLOPS)来衡量,这两个指标直接影响计算机的处理效率。 此外,笔记还提到了计算机的典型硬件架构图示,帮助读者理解硬件组件如何协同工作。计算机的工作流程从问题抽象、算法设计,到程序调试和结果输出,是一个完整的计算过程。 总结来说,计算机组成原理笔记1涵盖了计算机系统的历史、硬件组成、软件分类、性能指标以及工作流程,为理解计算机内部机制提供了扎实的基础知识。通过深入学习这些内容,学生可以更好地掌握计算机硬件和软件的设计思想,以及其实现原理。
资源详情
资源推荐
3
2.3.3 定点数和浮点数
1.定点数
定点数即小数点的位置固定的数。
当小数点位于数符和第一数值位之间是机器数时,机器数是
纯小数;当小数点位于数值位之后时,机器数为纯整数。上一节
已经给出了原码、补码、反码的定点数的表示范围。
2.浮点数
浮点数即小数点的位置不固定的数。
(1)浮点数的格式
对任意一个二进制数 N,总可以写成 N=M ×r
E
,式中,M 为
尾数,可正可负,E 为阶码,可正可负,r 是基数。在计算机中基
数一般取 2。
(2)浮点数的规格化
为了提高运算精度,需要充分地利用尾数的数位,通常采用
浮点数规格化形式,即规定尾数的最高数位必须是一个有效值。
当基数为 2 时,规格化时,尾数左移一位,阶码减 1,称为
左规;尾数右移一位,阶码加 1,称为右规。
原码规格化后,正数为 0.1xx...x 的形式,负数为 1.1xx...x 的
形式;补码规格化后,正数为 0.1xx...x 的形式,负数为 1.0xx...x
的形式。
3.IEEE 754 标准
现代计算机中,浮点数一般采用 IEEE 制定的国际标准,这种
标准形式如下:
S
阶码(含符号位)
尾数
↑ ↑
数符 小数点位置
按 IEEE 标准,常用的浮点数有三种:
符号位 S
阶码
尾数
总位数
短实数
1
8
23
32
长实数
1
11
52
64
临时实数
1
15
64
80
其中,S 为数符,它表示浮点数的正负,但与其有效位(尾数)
是分开的。阶码用移码表示,阶码的真值都被加上一个常数(偏
移量),如短实数、长实数和临时实数的偏移量分别为 7FH、3FFH
和 3FFFH。尾数部分通常都是规格化原码表示,即非“0”的有效位
最高位总是“1”,但在 IEEE 标准中,有效位呈如下形式。
1
▲
xx...x
其中▲表示假想的二进制小数点。在实际表示中,对短实数和长
实数,这个整数位的 1 省略,称为隐藏位;对于临时实数不采用
隐藏位,表 2.1 列出了十进制数 178.125 的实数表示。
表 2.1 实数 178.125 的 IEEE 754 表示
实数表示
数值
原始十进
制数
178.125
二进制数
10110010.001
二进制浮
点表示
1.0110010001×2
111
数
符
阶码
尾数
短实数表
示
0
00000111+0111111
1
=10000110
0110010001000000000000
0
2.4 定点数运算
2.4.1 移位运算
无符号数的移位称为逻辑移位,有符号数的移位称为算术移
位。
算数移位规则:
表 2.2 不同码制机器数算数移位后的空位填补规则
真值
码制
填补代码
正数
原码、补码、反码
0
原码
0
补码
左移添 0,右移添 1
负数
反码
1
由表 2.2 可得出如下结论。
1.机器数为正时,不论是左移还是右移,填补代码均为 0。
2.由于负数的原码数值部分和真值相同,故在移位时只要使
符号位不变,其空位均填 0 即可。
3.由于负数的反码各位除符号位外与负数的原码正好相反,
故移位后所填的代码应与原码相反,即全部填 1。
4.分析任意负数的补码可发现,当对其由低位向高位找到第
一个“1”时,在此“1”的左边的各位均与对应的反码相同,而在此
“1”右边的各位(包括此“1”在内)均与对应的原码相同。故负数
的补码左移时,因空位出现在低位,故填补的代码与原码相同,
即填 0;右移时因空位出现在高位,则填补的代码与反码相同,
即填 1。
对于正数,左移时最高数位丢 1,结果出错;右移时最低数
位丢 1,影响精度。
对于负数,负数的原码左移时,高位丢 1,结果出错;右移
时,低位丢 1,影响精度。
负数的反码左移时,高位丢 0,结果出错;右移时,低位丢
0,影响精度。
负数的补码左移时,高位丢 0,结果出错;低位丢 1,影响精
度。
2.4.2 加减法运算
1.原码加减法运算
加法规则:先判断符号位,若相同,绝对值相加,结果符号
不变;若不同,则作减法,绝对值大的数减去绝对值小的数,结
果符号与绝对值大的数相同。
减法规则:先将减数符号取反,然后按被减数与符号取反后
的减数按原码加法进行运算。
2.补码加减法运算
补码加法的基本公式:
整数 [A]
补
+[B]
补
=[A+B]
补
(mod2
n+1
)
小数 [A]
补
+[B]
补
=[A+B]
补
(mod2)
补码减法的基本公式:
整数 [A-B]
补
=[A]
补
+[-B]
补
(mod2
n+1
)
小数 [A-B]
补
=[A]
补
+[-B]
补
(mod2)
3.溢出判断
补码加减法判断溢出有以下 3 个方法:
(1)单符号位法
由于减法运算在机器中是用加法器实现的,因此可得出如下
结论:不论是做加法还是减法,只要实际参加操作的两个数符号
相同,结果又与原操作数的符号不同,即为溢出。
(2)双符号位法
变形补码的定义[x]
补
=
, 0 1
4 , 1 0
x x
x x
£ <
ì
í
+ - £ <
î
变形补码判断溢出的原则是:当 2 位符号位不同时,表示溢
出,否则,无溢出。不论是否发生溢出,高位符号位永远代表真
正的符号。符号位为“01”表示上溢,符号位为“10”表示下溢。
(3)进位判断法
符号位产生进位与最高数值位产生进位进行异或,若结果为
1,表示溢出,若为 0,无溢出。若符号位无进位而最高数值位有
进位,表示上溢;若符号位有进位而最高数值位无进位,表示下
溢。
2.4.3 乘法运算
1.原码一位乘
以小数为例:
设 [x]
原
=x
0
.x
1
x
2
...x
n
[y]
原
=y
0
.y
1
y
2
...y
n
则[x]
原
●[y]
原
=x
0
⊕y
0
.(0.x
1
x
2
...x
n
)(0.y
1
y
2
...y
n
)
式中,x
0
.x
1
x
2
...x
n
为 x 的绝对值,y
0
.y
1
y
2
...y
n
为 y 的绝对值。
原码一位乘的运算规则如下:
(1)乘积的符号位由两原码符号位异或运算的结果决定。
(2)乘积的数值部分由两数绝对值相乘,其通式为
0
1
2
1
1 2
1 2
1 2
1 1 1 1 1
1 2 1
...
| | | | | | (0. ... )
| | ( 2 2 ... 2 )
2 ( | | 2 ( | | 2 (... 2 ( | | 2 ( | | 0))...)))
n
n
n
n
n
n n
z
z
z
z
z
x y x y y y
x y y y
y x y x y x y x
-
- - -
- - - - -
-
=
= + + +
= + + + + +
g g
g
1 442 4 43
1 4 4 4 44 2 4 4 4 4 43
1 4 4 4 4 4 4 4 4 442 4 4 4 4 4 4 4 4 4 43
1 4 4 4 4 4 24 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 43
剩余14页未读,继续阅读
KateZeng
- 粉丝: 24
- 资源: 330
上传资源 快速赚钱
- 我的内容管理 展开
- 我的资源 快来上传第一个资源
- 我的收益 登录查看自己的收益
- 我的积分 登录查看自己的积分
- 我的C币 登录后查看C币余额
- 我的收藏
- 我的下载
- 下载帮助
最新资源
- 新型矿用本安直流稳压电源设计:双重保护电路
- 煤矿掘进工作面安全因素研究:结构方程模型
- 利用同位素位移探测原子内部新型力
- 钻锚机钻臂动力学仿真分析与优化
- 钻孔成像技术在巷道松动圈检测与支护设计中的应用
- 极化与非极化ep碰撞中J/ψ的Sivers与cos2φ效应:理论分析与COMPASS验证
- 新疆矿区1200m深孔钻探关键技术与实践
- 建筑行业事故预防:综合动态事故致因理论的应用
- 北斗卫星监测系统在电网塔形实时监控中的应用
- 煤层气羽状水平井数值模拟:交替隐式算法的应用
- 开放字符串T对偶与双空间坐标变换
- 煤矿瓦斯抽采半径测定新方法——瓦斯储量法
- 大倾角大采高工作面设备稳定与安全控制关键技术
- 超标违规背景下的热波动影响分析
- 中国煤矿选煤设计进展与挑战:历史、现状与未来发展
- 反演技术与RBF神经网络在移动机器人控制中的应用
资源上传下载、课程学习等过程中有任何疑问或建议,欢迎提出宝贵意见哦~我们会及时处理!
点击此处反馈
安全验证
文档复制为VIP权益,开通VIP直接复制
信息提交成功