1、主要内容：计算机的基本概念系统硬件组成（主要部件、系统结构）计算机的性能指标,第一章 概论,第一节 计算机的基本概念,1.1.1 冯 诺依曼思想,1. 用二进制代码表示程序和数据；,2. 计算机采用存储程序的工作方式；,3. 计算机硬件由存储器、运算器、控制,器、输入设备和输出设备组成。,1.1.2 信息的数字化表示,1. 在计算机中用数字代码表示各种信息,二进制代码,例1 用数字代码表示数据,5,- 5,表示为 0 101,表示为 1 101,例2 用数字代码表示字符,A,B,表示为 1000001,表示为 1000010,例3 用数字代码表示命令、状态,启动,停止,正在工作,工作结束,表示
2、为 00,表示为 01,表示为 10,表示为 11,2. 在物理机制上用数字信号,数字型电信号,例1 用电平信号表示数字代码,高电平,1,低电平,高电平,0,1,例2 用脉冲信号表示数字代码,有脉冲,无脉冲,有脉冲,1,0,1,表示数字代码,实现并行操作,实现串行操作,1.1.3 存储程序工作方式,1.事先编制程序,3.自动、连续地执行程序,2.事先存储程序,传统诺依曼机串行执行指令。,对传统诺依曼机的改造：增加并行处理功能。,第二节 计算机系统的硬件组成,1.2.1 主要功能部件,1. CPU 由运算器、控制器组成。,（1） 运算器1）功能：加工信息。2）组成：,移位器,ALU,选择器,通用
3、寄存器组,选择器,移位器,ALU,选择器,通用寄存器组,选择器,ALU: 通过加法器实现运算操作（由全加器求和、由进位链传递进位信号）。,移位器,ALU,选择器,通用寄存器组,选择器,通用寄存器组：提供操作数，存放运算结果。,移位器,ALU,选择器,通用寄存器组,选择器,选择器：选择操作数；选择控制条件，实现各种算法。,移位器,ALU,选择器,通用寄存器组,选择器,移位器：直接或者移位送出运算结果。,3）讨论几种典型的运算器组成几种主要的运算方法（定、浮）,（2）控制器1）功能：产生控制命令(微命令)， 控制全机操作。2）组成：,微命令序列,微命令产生方式（指令执行控制方式）：,3）讨论两种控
4、制器组成原理与控制机制；模型机的数据通路结构和指令执行 过程。,组合逻辑控制方式：,微程序控制方式：,由组合逻辑电 路产生微命令,由微指令产生微命令,2. 存储器1）功能: 存储信息。2）组成（主存储器）：,存储体: 存放信息的实体。,寻址系统：对地址码译码，选择存储单元。,读/写线路和数据寄存器：完成读/写操作，暂存读/写数据。,控制线路：产生读/写时序，控制读/写操作。,3. 输入/输出设备1）功能：转换信息。,输入：原始信息,代码，送入主机,输出：处理结果,人所能接受的形式，并输出,（代码）,2）讨论显示器的工作原理和信息转换过程。,3）讨论存储单元读/写原理、存储器逻辑设计,1.2.2
5、 硬件系统结构 1. 以总线为基础的系统结构总线：能为多个部件分时共享的一组信息传送线路。,总 线,总 线,功能 内总线局部总线系统总线外总线,信息 地址总线数据总线控制总线,时序 同步总线异步总线,格式 并行总线串行总线,方向 单向总线双向总线,（1）以CPU为中心的双总线结构,CPU,M,接口,接口,I/O,I/O,I/O 总线,M 总线,（2）单总线结构,CPU,M,接口,接口,I/O,I/O,系 统 总 线,（3）以M为中心的双总线结构,CPU,M,接口,接口,I/O,I/O,系 统 总 线,M 总线,（4）多级总线结构,CPU,RAM,ROM,公共接口,总线控制逻辑,M扩展板,I/O
6、接口板,局部总线,系统总线,2. 采用通道或IOP的大型系统结构（1）带通道的系统,I/O控制器,主机,I/O,通道,（2）带IOP的系统,CPU,M,接口,I/O,IOP,LM,接口,I/O,系统总线,I/O总线,3. 模型机系统结构,系 统 总 线,CPU,M,公共接口,接口,接口,I/O,I/O,4. 讨论接口： 中断接口、DMA接口总线：分类、信号组成,第三节 计算机系统的性能指标,1. 基本字长指操作数的基本位数。它影响计算精度、指令功能。 2. 存储容量（1）主存容量指存储单元个数位数。,决定地址位数,表明编址单位,表示为：字数字长（按字编址）或字节数（按字节编址）,（2）外存容量
7、常表示为字节数。外存容量与地址码位数无关。,3. 运算速度（1）定点/浮点四则运算时间（2）每秒平均执行的指令条数（MIPS）（3）CPU时钟频率（MHz）,总线位数总线时钟频率8,5. 处理功能（1）指令系统功能（寻址方式、指令类型）（2）系统软件配置,总线带宽 =,4. 数据传输率,（B/S）,第二章 计算机中的信息表示,数据信息,控制信息,数值型数据,非数值型数据,指令信息等,第一节 数据信息的表示,2.1.1 表示数据的大小,二进制、八进制、十六进制、二-十进制,2.1.2 表示数据的符号,原码、补码、反码,2.1.3 表示小数点,定点、浮点,1. 定点表示法,无符号数,定点整数,定点
8、小数,00000000 11111111,（0） （255）,（-127） （127）,（-128） （127）,-(1-2-7) (1-2-7),（-1） (1-2-7),类型,阶码,尾数,阶符,数符,R：阶码底，隐含约定。,E：阶码，为定点整数，补码或移码表示。其位数决定数值范围；,阶符表示数的大小。,M：尾数，为定点小数，原码或补码表示。其位数决定数的精度；,数符表示数的正负。,尾数规格化：1/2 M 1,最高有效位绝对值为1,2. 浮点表示法,第二节 指令信息的表示,指令：指示计算机执行某类操作的信息的集合。,本节主要讨论：一般指令格式常用寻址方式面向用户指令类型,2.2.1 指令格式
9、,指令基本格式,一个,一个或几个,1. 指令字长,定长指令格式 变长指令格式,便于控制,（1） 定长操作码 各指令的位置、位数固定相同。 （2）扩展操作码 各指令的位置、位数不固定，根据需要 变化。,合理利用存储空间,2. 操作码结构,关键在设置扩展标志。,例. 指令字长16位，可含有3、2、1或0 个地址，每个地址占4位。,操作码 地址码,15 12 11 8 7 4 3 0,0000 X Y Z 1110 X Y Z,1111 0000 Y Z 1111 1110 Y Z,三地址指令 15条,二地址指令 15条,1111 1111 0000 Z 1111 1111 1110 Z,一地址指令
10、 15条,1111 1111 1111 0000 1111 1111 1111 1111,零地址指令 16条,（3）复合型操作码 操作码分为几部分，每部分表示一种操作。 例.某机算逻指令,3. 地址结构,指令中提供的地址数,存储单元地址码 寄存器编号,（1）指令提供地址的方式 显地址方式 隐地址方式,:指令中明显指明地址。 :地址隐含约定,不出现在指令中。,直接或间接给出,（2） 地址结构的简化,操作数地址, 四地址结构指令 格式：,使用隐地址可以减少指令中的地址数，简化 地址结构。,结果地址,下条指令地址,功能：,用指令计数器PC指示指令地址。,三地址结构指令 格式：,操作数地址,结果地址,
11、下条指令地址,功能：,转移时，用转移 地址修改PC内容。,源/目的,二地址结构指令 格式：,目的/源,功能：,双操作数：,一地址结构指令 格式：,隐含约定,单操作数：,功能：,零地址结构指令 格式：,功能：,用于堆栈或特殊指令操作。,例.ADD；,执行前：,低,执行后：,高,低,高,2.2.2 寻址方式,是指寻找操作数地址或操作数的方式。,（1） 立即寻址,指令直接给出操作数。,1. 常见寻址方式,定长格式：,变长格式：,数在指令中，其长度固定、有限。,数在基本指令之后，其长度可变。,用来提供常数、设置初值等。,（2） 直接寻址,指令直接给出操作数地址。,存储单元号 寄存器号,(数在M中) (
12、数在R中), 存储器直接寻址,（直接寻址）,定长格式,D的位数有限, 限制访存范围,变长格式,D的位数可覆盖 整个存储空间,S =（D）,存储单元号 寄存器号,(数在M中) (数在M中), 寄存器直接寻址,（寄存器寻址）,格式,R所占位数少； 访问R比访问M快,格式,S =（R）,用于访问固定的存储单元或寄存器。,（3）间接寻址,指令给出操作数的间接地址。, 存储器间址,D=0030,0060,.,0060,S,.,S =(D),M,间址单元,地址指针, 寄存器间址,格式,R所占位数少；R可提供全字长地址码； 修改R内容比修改M内容快。,格式,S =(R),指针不变(由指令指定)，指针内容可变
13、，使同一指令可指向不同存储单元，以实现程序的循环、共享，并提供转移地址。, 堆栈寻址,SP,.,S,.,S =(SP),M,R=02,M,0040,S,.,.,.,地址指针,.,栈顶,格式,SP既可出现在指令中，也可隐含约定。, 变址寻址,（4）变址、基址寻址及其变化,堆栈向上生成,压栈：,SP自动减1，再存数。 -(SP)，自减型间址。,先取数，SP再自动加1。 (SP)+，自增型间址。,出栈：,指令给出一个寄存器号和一个地址量，寄存器内容与地址量之和为有效地址。,D的位数有限，若不能提供全字长地址码，会使访存空间受到限制。,变址寄存器号,例. 用变址方式访问一组连续区间内的数组元素。,S
14、=(RX)+ D),D=首址,D为存储区首址； (RX)为所访单元距离 首址的长度； RX初值为0，每访问一 个单元，(RX)+1。,形式地址,修改量,基准地址,D+1,D+2,D+n-1,.,格式,（D的位数只需覆盖一个较小的存储区间）, 基址寻址,基址寄存器号,4K,指令给出一个寄存器号和一个地址量，寄存器内容与地址量之和为有效地址。,位移量,S =(Rb)+ D),基准地址,相对于基址的位移,4K,改变Rb的内容，程序能访问存储空间中任何一个定长区间(4K)。,便于访问两维数组中某类 指定的元素。,变址与基址的区别：,变址：指令提供基准量(不变)，R提供修改量(可变)；适于处理一维数组。
15、,基址：指令提供位移量(不变)，R提供基准量(可变)；用于扩大有限字长指令的访存空间。,S =(RX)+(Rb)+ D),格式, 基址加变址,变址寄存器号,指令给出两个寄存器号和一个地址量，寄存器内容与地址量之和为有效地址。,位移量,基址寄存器号,便于处理两维数组。,格式, 相对寻址,指令给出位移量，PC内容与位移量之和为有效地址。,位移量,或隐含指定,S =(PC)D),有效地址相对PC上下浮动,给编程带来方便。,格式, 页面寻址,指令给出位移量，PC的高位部分与位移量拼接，形成有效地址。,位移量,或隐含指定,S =(PC)H，D),例. M为64KB，划分为256页，每页256B。,页号,
16、页内地址,用于页式管理存储系统。 寻址速度快，适于组织程序模块， 有效利用存储空间。,017CH,S,2. 对寻址方式的说明,（1）操作码隐含说明不同寻址方式,例.某机指令操作码最高两位,00：RR型指令，寄存器-寄存器寻址 01：RX型指令，寄存器-变址寻址 10：SI型指令，基址-立即寻址 11：SS型指令，基址-基址寻址,（2）指令中设置专门字段说明寻址方式,例.某机指令的每个地址字段中各设置一个 3位的寻址方式字段。,源地址字段,目的地址字段,3位,3位,2.2.3 指令类型,1.传送指令,源地址 目的地址,数,设置时需考虑：,（1）规定传送范围,例. DJS-100系列：,80X86
17、：,IBM370：,（2）指明传送单位,例. 用操作码说明(VAX-11)：,用地址量说明(80X86)：,传送次数由计数器控制,MOVB8,MOV AX，BX,MOVW16,MOVL32,MOV AL，BL,MOV EAX，EBX,例. 80X86的串传送指令：REP MOVSW,（3）设置寻址方式,在寻址方式的设置上几乎不受限制，能比较 集中地反映指令系统各种寻址方式的实现。,8,16,32,2.输入/输出指令,各种信息,设置时需考虑：,（1）I/O指令的功能扩展,如何用通用I/O指令实现对各种具体设备的控制？, I/O指令中留有扩展余地,指令中某些字段编码事先不定义，需要时再约定 其含义
18、。, I/O接口中设置控制/状态寄存器,用于外设种类、数量不多的场合。,（2）主机对外设的寻址方式,如何设置控制/状态寄存器是接口设计的关键。,寻找I/O接口中的寄存器的方式。,主机用输出指令或传送指令将具体设备的控制命令 按约定的代码格式送往接口中的控制寄存器，向外 设发出命令。 外设的状态信息也以某种格式放在接口的状态寄存 器中，主机用输入指令或传送指令从状态寄存器中 取出有关信息进行查询、分析。,I/O端口,寻找I/O接口中的寄存器的方式。,如何为I/O端口分配地址？, 单独编址,I/O地址空间不占主存空间，可与主存空间重叠。,=1 访问存储器 =0 访问I/O端口,需设置标志区分访问对
19、象，如,编址到寄存器：为每个寄存器(I/O端口)分配独立的端口地址；I/O指令中给出端口地址。, 统一编址,I/O端口占据部分主存空间。 常将存储空间的低端分配给主存单元，高端分配 给I/O端口，以示区分。,编址到寄存器, 设置专用I/O指令 针对单独编址，用I/O指令访问I/O端口。 指令中说明输入/输出操作，并给出端口地址。,：为每个寄存器(I/O端口)分配总线地址；访问外设时，指令中给出总线地址。,（3）I/O指令设置方式,显式I/O指令,例. 80X86I/O指令设置,输入：IN AL，n；,端口地址,(直接端口寻址),IN AL，DX；,间接端口地址,(间接端口寻址),输出：OUT
20、n，AL；,(直接端口寻址),OUT DX，AL；,(间接端口寻址),主机调用输入机：, 用传送指令实现I/O操作 针对统一编址，用传送指令访问I/O端口。 不设专用I/O指令。,例. 某机I/O接口中设置 控制/状态寄存器CSR,其总线地址为177550(8进制) 数据缓冲寄存器DBR，其总线地址为177552,隐式I/O指令,控制/状态字格式：,15 14 12 7 6 2 1 0,启动： 测试： 取数：, 通过I/O处理机进行I/O操作,CPU执行简单I/O指令(启动、停止、查询、清除),设置时需考虑操作数类型、符号、进制等； 运算结束后设置相应状态标志。,两级I/O指令,（1）算术运算
21、指令,I/O处理机执行I/O操作指令(输入、输出),3.算术逻辑运算指令,（2）逻辑运算指令,实现对代码位的设置、测试、清除、修改等。,与,或,异或,控制程序流程。,（1）转移指令,4. 程序控制指令,（2）转子指令与返回指令,转子：操作码 子程序入口,无条件转移 条件转移 循环,：操作码 转移地址 ：操作码 转移地址 转移条件 ：转移条件为循环计数值,返回：操作码 返回地址,同一条返回指令应能提供多个不同的返回地址。 返回地址的存取：,用堆栈存放返回地址。,（3）软中断指令,程序,自陷指令,第二章复习提纲 1.I/O指令的功能扩展(目的、方法)，外设编址方 式和指令设置方式。 2.基本概念：
22、扩展操作码(扩展方法)、地址结构 (简化方法)、隐地址、显地址、基本寻址方式(立 即、直接、间址、变址)的含义与应用场合。,表示不同的功能调用,调试程序,早期主要用于程序的调试。,现在常常用于系统功能调用。,以 INT n 的形式出现在程序中。,第三章 CPU子系统,运算器,控制器,本章主要讨论：,运算器 控制器 数据通路结构 与外部的连接,指令的执行过程,CPU组成,CPU工作原理,第一节 运算器组织,独立结构,小型存储 器结构,单口 双口,寄存器组,独立R、双口RAM用多路选择器作为ALU的输入逻辑， 单口RAM用锁存器作为ALU的输入逻辑。,3.1.1 带多路选择器的运算器,特点： R各
23、自独立； 可同时向ALU提供两个操作数； 采用单向内总线。,3.1.2 带输入锁存器的运算器,特点： 单口RAM不能同时向ALU提供两个操作数； 用锁存器暂存操作数； 采用双向内总线。,3.1.3 位片式运算器,特点： 用双口RAM（两地址端、两数据端）作通用寄存器组，可同时提供数据； 用多路选择器作输入逻辑，不需暂存操作数； ALU增加乘、除功能，用乘商寄存器存放乘数、乘积或商。,例. 4位片运算器粗框,第二节 运算方法,3.2.1.1 补码加减法,数用补码表示，符号位参加运算。,实际操作能否只取决于操作码？ 结果需不需修正？ 如何将减法转换为加法？,3.2.1 定点加减运算,1. 基本关系
24、式,( X + Y )补 = X补 + Y补 （1）( X - Y )补 = X补 + (-Y)补 （2）,式（1）：操作码为“加”时，两数直接相加。,3) X= 3Y= 2,X补=0 0011Y补=1 1110,0 0001,（+1补码）,2) X= 3Y= 2,X补=1 1101Y补=1 1110,1 1011,（ 5补码）,1) X=3Y=2,X补=0 0011Y补=0 0010,0 0101,（+5补码）,4) X= 3Y= 2,X补=1 1101Y补=0 0010,1 1111,（1补码）,例. 求(X+Y)补,( X + Y )补 = X补 + Y补 （1）( X - Y )补 =
25、 X补 + (-Y)补 （2）,式（2）：操作码为“减”时，将减转换为加。,1) X= 4Y= 5,X补=0 0100Y补=1 1011 (-Y)补=0 0101,0 1001,（+9补码）,2) X= 4Y= 5,X补=1 1100Y补=0 0101 (-Y)补=1 1011,1 0111,（9补码）,例. 求(X Y)补,Y补 (Y)补：,将Y补变补,不管Y补为正或负，将其符号连同尾数一起各位变反，末位加1。,即将减数变补后与被减数相加。,X补=0 0100Y补=1 1011,X补=1 1100Y补=0 0101,注意：某数的补码表示与某数变补的区别。,例. 1 0101原 1 1011,
26、补码表示,1 0011补 0 1101,变补,0 0101原 0 0101,补码表示,符号位不变；,负数尾数改变，正数尾数不变。,0 0011补 1 1101,变补,符号位改变，,尾数改变。,补码的机器负数,2. 算法流程,3. 逻辑实现,+1,（1）控制信号,加法器输入端：,+A：打开控制门，将A送。,+B：打开控制门，将B送。,+1：控制末位加 1 。,加法器输出端：,CPA：将结果打入A。,（2）补码加减运算器粗框,3.2.1.2 溢出判断,在什么情况下可能产生溢出？,例.数A有4位尾数，1位符号SA数B有4位尾数，1位符号SB,符号位参加运算,结果符号Sf 符号位进位Cf 尾数最高位进
27、位C,正确,正溢,正确,负溢,正确,正确,1. 硬件判断逻辑一（SA、SB与Sf的关系）,溢出=,SA,SB,Sf,SA,Sf,SB,2. 硬件判断逻辑二（Cf与C的关系）,正确,正溢,正确,负溢,正确,正确,Cf=0 C =0,Cf=0 C =1,Cf=1 C =1,Cf=1 C =0,Cf=1 C =1,Cf=0 C =0,1,1,1,1,1,1,1. 硬件判断逻辑一（SA、SB与Sf的关系）,2. 硬件判断逻辑二（Cf与C的关系）,3. 硬件判断逻辑三（双符号位）,第一符号位Sf1,第二符号位Sf2,1. 硬件判断逻辑一（SA、SB与Sf的关系）,2. 硬件判断逻辑二（Cf与C的关系）,
28、3. 硬件判断逻辑三（双符号位）,3.2.1.3 移位操作,逻辑移位,：数码位置变化，数值不变。,1. 移位类型,算术移位,1 0 0 0 1 1 1 1,循环左移：,0,1 0 0 1 1 1 1,算术左移：,1,0,0,1,1,1,1,1,0,1,1,1,1,0,(-15),(-30),（1）单符号位 ：,0 0111,0 1110,（2）双符号位：,00 1110,00 0111,2.正数补码移位规则,（3）移位规则,0 0111,0 0011,01 1100,00 1110,00 0111,数符不变,（单：符号位不变；双：第一符号位不变）。,空位补0,（右移时第二符号位移至尾数最高位）
29、。,（1）单符号位 ：,1 1011,1 0110,（2）双符号位：,10 1100,11 0110,3.负数补码移位规则,（3）移位规则,1 1011,1 1101,11 0110,11 1011,数符不变,（单：符号位不变；双：第一符号位不变）。,左移空位补0,（第二符号位移至尾数最高位）。,右移空位补1,3.2.1.4 舍入方法,1. 0舍1入（原码、补码）,0 00100原,1 00101原,1 11011补,2. 末位恒置1（原码、补码）,0 00100原,1 11011补,1 00101原,0 0010原,1 0011原,1 1110补,0 0011原,1 0011原,1 1101
30、补,1 0011原,1 1101补,例. 保留4位尾数：,例. 保留4位尾数：,3.2.2 定点乘法运算,3.2.2.1 原码一位乘法每次用一位乘数去乘被乘数。1.算法分析,例. 0.11011.1011,X原,Y原,（1）手算 0.11010.1011,1101110100001101,0.10001111 上符号：1.10001111,部分积,问题：1）加数增多（由乘数位数决定）。2）加数的位数增多（与被乘数、乘数位数有关）。 改进：将一次相加改为分步累加。,（2）分步乘法,每次将一位乘数所对应的部分积与 原部分积的累加和相加，并移位。,设置寄存器：A：存放部分积累加和、乘积高位B：存放被
31、乘数C：存放乘数、乘积低位,步数 条件 操作 A C,00.0000 .1011,1）,Cn=1,+B,Cn,+ 00.1101,00.1101,1101,00.0110,1.101,0.11010.1011,2）,Cn=1,+B,+ 00.1101,01.0011,00.1001,11.10,0.11010.1011,3）,Cn=0,+0,+ 00.0000,00.1001,00.0100,111.1,4）,Cn=1,+B,+ 00.1101,01.0001,00.1000,1111,X原Y原 = 1.10001111,2.算法流程,Y,Y,N,N,3.运算规则,（1）操作数、结果用原码表示
32、； （2）绝对值运算，符号单独处理； （3）被乘数(B)、累加和(A)取双符号位； （4）乘数末位(Cn)为判断位，其状态决定下步操作； （5）作n次循环（累加、右移）。,3.2.2.2 补码一位乘法1.算法分析X补 = X0.X1X2Xn,（1）Y为正：Y补 = 0.Y1Y2Yn(XY)补 = X补(0.Y1Y2Yn) （2）Y为负：Y补 = 1.Y1Y2Yn(XY)补 = X补(0.Y1Y2Yn)+(-X)补 （3）Y符号任意：(XY)补 = X补(0.Y1Y2Yn)+(-X)补Y0,符号位,（4）展开为部分积的累加和形式： (XY)补 = X补(0.Y1Y2Yn)+(-X)补Y0,= X
33、补(0.Y1Y2Yn)-X补Y0,Yn+1,比较法：用相邻两位乘数比较的结果决定+X补、-X补或+0。,2.比较法算法 Yn(高位) Yn+1(低位) 操作(A补为部分积累加和),0 0 0 1 1 0 1 1,1/2A补1/2(A补+X补)1/2(A补-X补)1/2A补,( 0 ),( 1 ),(-1 ),( 0 ),3.运算实例 X=-0.1101,Y=-0.1011,求(XY)补。 初值：A=00.0000,B=X补=11.0011,-B=(-X)补=00.1101,C =Y补=1.0101,步数 条件 操作 A C,00.0000 1.0101,1）,1 0,-B,Cn,+ 00.11
34、01,00.1101,00.0110,11.0101,2）,0 1,+B,+ 11.0011,11.1001,11.1100,111.010,3）,1 0,-B,+ 00.1101,00.1001,00.0100,1111.01,4）,0 1,+B,+ 11.0011,11.0111,11.1011,11111.0,0,Cn+1,CnCn+1,5）,1 0,-B,+ 00.1101,(XY)补 = 0.10001111,4）,0 1,+B,+ 11.0011,11.0111,11.1011,11111.0,5）,1 0,-B,+ 00.1101,00.1000,1111,修正,(1)A、B取双
35、符号位，符号参加运算； (2)C取单符号位，符号参加移位，以决定最后是否修正； (3)C末位设置附加位Cn+1，初值为0，CnCn+1组成判断位，决定运算操作； (4)作n步循环,若需作第n+1步,则不移位,仅修正。,4.运算规则,1.0 : -B修正 0.1 : +B修正 0.0 : 不修正 1.1 : 不修正,3.2.3 定点除法运算,例. 0.101100.11111,0.10110,1101,0.,0,1,11111,0.11111,0,0,0,1,11111,10101,0,1,11111,1011,0,0,.,00000,.,0.,商： 0.10110 余数：0.101102,实现
36、除法的关键： 比较余数、除数 绝对值大小，以 决定上商。,3.2.3.1 原码恢复余数法 1.算法比较两数大小可用减法试探。,2余数-除数=新余数,为正:够减,商1。 为负:不够减,商0,恢复原余数。,2.实例,X=-0.10110，Y=0.11111，求X/Y，给出商Q和余数R,设置：A：被除数、余数，B：除数，C：商,初值：A= X = 00.10110,B= Y = 00.11111,C= Q = 0.00000,-B= 11.00001,步数 条件 操作 A C,00.10110 0.00000,1）,0,-B,01.01100,+11.00001,00.01101,0.00001,2
37、）,1,-B,00.11010,+11.00001,11.11011,0.00010,3）,恢复余数,+B,+00.11111,00.11010,01.10100,0.00101,4）,0,-B,+11.00001,00.10101,Cn,SA,Q1,Q2,Q3,r0,2r0,r1,2r1,r2,r2,2r2,r3,步数 条件 操作 A C,00.10101 0.00101,5）,0,-B,01.01010,+11.00001,00.01011,0.01011,6）,1,-B,00.10110,+11.00001,11.10111,0.10110,7）,恢复余数,+B,+00.11111,00
38、.10110,Q= -0.10110,Cn,Q4,Q5,Q3,r3,2r3,r4,2r4,r5,r5,3.说明,3.2.3.2 原码不恢复余数法（加减交替法） 1.算法分析 第二步:2r1-B=r20 第三步:r2+B=r2(恢复余数) 第四步:2r2-B=r3,2r2-B=2(r2+B)-B=2r2+B=r3,第二步:2r1-B=r20 第三步:2r2+B=r3(不恢复余数),2.算法ri+1=2ri+(1-2Qi)Y,ri为正，则Qi为1，第i+1步作2ri-Y； ri为负，则Qi为0，第i+1步作2ri+Y。,3.实例,X=0.10110，Y=-0.11111，求X/Y，给出商Q和余数R
39、。,初值：A= X = 00.10110,B= Y = 00.11111,C= Q = 0.00000,-B=11.00001,步数 条件 操作 A C,00.10110 0.00000,1）,为正,-B,01.01100,+11.00001,00.01101,0.00001,2）,为负,-B,00.11010,+11.00001,11.11011,0.00010,3）,+B,+00.11111,11.10110,0.00101,为正,00.10101,Cn,r,Q1,Q2,Q3,r0,2r0,r1,2r1,r2,2r2,r3,4）,为正,-B,01.01010,+11.00001,00.01
40、011,0.01011,Q4,2r3,r4,步数 条件 操作 A C,00.01011 0.01011,6）,为负,恢复余数,+B,+00.11111,00.10110,Q= -0.10110,Cn,Q4,r4,5）,为正,-B,00.10110,+11.00001,11.10111,0.10110,Q5,2r4,r5,r5,4.运算规则,（1）A、B取双符号位，X、Y取绝对值运算，X Y 。 （2）根据余数的正负决定商值及下一步操作。 （3）求n位商，作n步操作；若第n步余数为负，则第n+1步恢复余数，不移位。,3.2.3.3 补码不恢复余数法（加减交替法） 如何判断是否够减？,如何上商？,
41、如何确定商符？,1.判够减,(1)同号相除,1,0,1,0,够减,不够减,够减,不够减,够减：r与X、Y同号；,不够减：r与X、Y异号。,(2)异号相除,1,0,1,0,够减,够减,不够减,不够减,够减：r与X同号,与Y异号；,不够减：r与X异号,与Y同号。,（3）判断规则,同号：作X补-Y补,X补,Y补,够减：r补与Y补同号,不够减：r补与Y补异号,异号：作X补+Y补,够减：r补与Y补异号,不够减：r补与Y补同号,2.求商值,同号：商为正,异号：商为负,够减商1 不够减商0,够减商0 不够减商1,(r、Y同号) (r、Y异号) (r、Y异号) (r、Y同号),够减商1 不够减商0,够减商0
42、不够减商1,(r、Y同号) (r、Y异号) (r、Y异号) (r、Y同号),(r、Y同号) (r、Y异号) (r、Y异号) (r、Y同号),够减商1 不够减商0,够减商0 不够减商1,上商规则：,余数与除数同号商1，异号商0。,3.算法(ri+1)补=2ri补+(1-2Qi补)Y补,ri补与Y补同号，则Qi补为1，第i+1步作2ri补-Y补； ri补与Y补异号，则Qi补为0，第i+1步作2ri补+Y补。,4.求商符,令X补 = r0补,r0补与Y补,同号：Q0补=1 异号：Q0补=0,与实际商 符相反,商符,5.商的校正,商,余数,真商=假商+1.00001,=Q0.Q1Q2Qn-1,求n-1
43、位商,(假商),第n位商(末位商)恒置1,(3)-1,商符变反,n位,(4)余数求至rn,6.实例,X=0.10110，Y=-0.11111，求X/Y，给出商Q和余数R。,初值：A =X补=00.10110,B =Y补=11.00001,C =Q补=0.00000,-B =00.11111,步数 条件 操作 A C,00.10110 0.0000,1）,异号,+B,01.01100,+11.00001,00.01101,0.0000,2）,同号,+B,00.11010,+11.00001,11.11011,0.0001,Cn-1,r、Y,Q1,Q2,r0,2r0,r1,2r1,r2,求商符,Q
44、0,异号,0,5）,+B,+11.00001,00.10110,11.10111,步数 条件 操作 A C,11.11011 0.0001,3）,异号,-B,11.10110,+00.11111,00.10101,0.0010,4）,异号,+B,01.01010,+11.00001,00.01011,0.0100,Cn-1,r、Y,Q3,Q2,r2,2r2,r3,2r3,r4,2r4,r5,假商=0.0100,Q4,真商=0.0100+1.00001=1.01001,Q= -0.10111 R= -0.010012,-5,7.运算规则,（1）A、B取双符号位，符号参加运算，并且X Y 。 （2
45、）根据余数与除数的符号决定商值及下一步操作。 （3）求n-1位商，作n步操作（求出rn）。 （4）对商校正（商符变反，第n位商恒置1）。,3.2.4 浮点四则运算,3.2.4.1 浮点加减运算 步骤： 1.检测能否简化操作。,判操作数是否为0,尾数为0 阶码下溢,2.对阶 例.,10.0 1,(1)对阶：使两数阶码相等(小数点实际位置对齐，尾数对应权值相同)。,(2)对阶规则：小阶向大阶对齐。,11 0.1,010.01,110.1,3.尾数加减.,(1) 1.0001+0.1001,(4)阶码比较：比较线路或减法。,(3)对阶操作：小阶阶码增大，尾数右移。 例.AEBE，则BE+1 BE，B
46、M，直到BE=AE,1.1010,(2) 0.0101+0.1101,4.结果规格化,1.0010,应左移规格化,应右移规格化,若 Af1Af2=1,则右规：,(1) 11.0001+00.1001,11.1010,(2) 00.0101+00.1101,01.0010,(-1/2除外),Af1Af2 A1,11.1010,01.0010,Af1Af2,3.2.4.2 浮点乘法运算,步骤：,1.检测操作数是否为0。 2.阶码相加。 若阶码用移码表示，相加后要修正。,3.尾数相乘。,相乘前不需对阶。,4.结果规格化。,一般左规。,3.2.4.3 浮点除法运算,步骤：,1.检测操作数是否为0。 2
47、. AM BM ?,4.尾数相除。,相除前不需对阶。,5.结果不再规格化。,3.阶码相减。 若阶码用移码表示，相减后要修正。,简要回答下列问题 （1）原码一位乘法与补码一位乘法的主要区别是什么？ （2）原码加减交替除法和补码加减交替除法分别根据什么情况商1、商0？ （3）在浮点加减运算中如何进行对阶操作？ （4）在什么情况下需要左移规格化？什么情况下需要右移规格化？,第三章作业（一）,第三节 组合逻辑控制器原理,3.3.1 控制器组成,1.微命令发生器,功能：,产生全机所需的各种微命令,控制最基本的操作(微操作)的命令,电位型 脉冲型,2.指令计数器PC,功能：,指示指令在M中的位置。,PC+1,顺序执行：,PC先+1，再用转移地址修改PC,转移执行：,3.指令寄存器IR,功能：,存放现行指令。,决定操作性质,操作码字段,操作数地址 转移地址,
