計(jì)算機(jī)組成原理作業(yè)

1、華中科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院1.馮.若依曼型計(jì)算機(jī)的主要設(shè)計(jì)思想是什?它包括那些主要的組成部分?答:馮.若依曼型計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)思想是存儲程序,順序執(zhí)行.它包括運(yùn)算器,存儲器,輸入輸出設(shè)備和控制器.2.什么是存儲容量?什么是單元地址?什么是數(shù)據(jù)字?什么是指令字?答:存儲容量是:存儲器所有存儲單元的總數(shù). 單元地址是:存儲器中保存數(shù)據(jù)的存儲單元的編號. 數(shù)據(jù)字是:計(jì)算機(jī)使用的信息,如果是某字代表要處理的數(shù)據(jù),稱為數(shù)據(jù)字.華中科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院 指令字是:計(jì)算機(jī)使用的信息,如果是某字為一條指令,稱為指令字.3.什么是內(nèi)存?什么是外存?什么是CPU？什么是適配器？簡述其功能？ 答：內(nèi)存是用半導(dǎo)體電路制成的一

2、種數(shù)據(jù)存儲設(shè)備。功能：通過連接到CPU的一組“數(shù)據(jù)線”與CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。 外存是存儲容量較大的磁盤存儲器和光盤存儲器。功能：用來存儲數(shù)據(jù)信息。 CPU是把運(yùn)算器和控制器合在一起稱為中央處理器，即CPU.華中科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院 CPU功能：實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)算，并產(chǎn)生各種控制信號，控制計(jì)算機(jī)各個(gè)部件有條不紊的工作。證明題:設(shè)X補(bǔ)=X0.X1X2Xn則x/2補(bǔ)= X0.X0X1X2Xn證明:因?yàn)閄=-x0+ni=1 X i 2- il所以 X/2=- x0/2+1/2* ni=1 X i 2- il = - x0 + x0/2 +1/2* ni=1 X i 2- il = - x0 +ni=0 X

3、i 2-(i+1)l由于 X/2= - x0 +ni=0 X i 2-(i+1)l根據(jù)補(bǔ)碼與真值的關(guān)系便有： lx/2補(bǔ)= x0 . x0 x1x2xn 所以成立華中科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院1.已知X和Y,用變形補(bǔ)碼計(jì)算X+Y，同時(shí)指出結(jié)果是否溢出？ X=0.11011 Y=0.00011 X補(bǔ)=00.11011 Y補(bǔ)=00.00011 00.11011 + 00.00011 00.11110 結(jié)果不溢出 X+Y=0.11110華中科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院2.已知X和Y，用變形補(bǔ)碼計(jì)算X-Y,同時(shí)指出運(yùn)算是否溢出。 X=0.11011 Y=-0.11111 X補(bǔ)=00.11011 -Y補(bǔ)=00.111

4、11 00.11011 + 00.11111 01.11010 結(jié)果溢出,且為上溢出 X-Y補(bǔ)=01.11010 華中科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院題題1 x=-0.11010, y=-0.01011, 求求x原原 y原原 部分積部分積 乘數(shù)乘數(shù) 判斷位判斷位 說明說明 00.00000 yf . 01011 P0=0 + 00.11010 y5=1, +x 00.11010 00.01101 0 yf .0101 右移一位，得右移一位，得P1 + 00.11010 y4=1, +x 01.00111 00.10011 10 yf .010 右移一位，得右移一位，得P2 + 00.00000 y3=0,

5、 +0 00.10011 00.01001 110 yf .01 右移一位，得右移一位，得P3 +00.11010 y2=1, +x 01.00011 00.10001 1110 yf, 0 右移一位，得右移一位，得P4 + 00.00000 00.10001 00.01000 11110 右移一位，得右移一位，得P5=|x| |y|華中科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院 由于由于 Pf = xf + yf =1 + 1 =0 所以所以 x原原 y原原 =0.0100011110題題2 已知已知:x=-0.11111 y=0.11101 解解: x補(bǔ)補(bǔ)=1.00001 ，y補(bǔ)補(bǔ)=0.11101 , 求求x補(bǔ)

6、補(bǔ). y補(bǔ)補(bǔ) -x補(bǔ)補(bǔ)= 0.11111 00.00000 0.1110 10 yn+1=0 + 00.11111 ynyn+1=10, 加加-x補(bǔ)補(bǔ) 00.11111 00.01111 1 0111 01 右移一位，得右移一位，得P1 + 11.00001 ynyn+1=01, 加加x補(bǔ)補(bǔ) 11.10000 11.11000 01 011 10 右移一位，右移一位，得得P2 + 00.11111 ynyn+1=10, 加加-x補(bǔ)補(bǔ) 00.10111 00.01011 101 01 11 右移一位，得右移一位，得P3 + 00.00000 ynyn+1=11, 加加0 00.01011 00.

7、00101 1101 0 11 右移一位，得右移一位，得P4 + 00.00000 yn+1=11, 加加0 00.00101 01 右移一位，得右移一位，得P5 00.00010 11101 ynyn+1=01, 加加x補(bǔ)補(bǔ) + 11.00001 部分積部分積 乘數(shù)乘數(shù)ynyn+1 說明說明華中科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院部分積部分積 乘數(shù)乘數(shù)ynyn+1 說明說明11.00011 最后一步不移位所以 x補(bǔ)補(bǔ). y補(bǔ)補(bǔ)=1.0001111101 X.Y=-0.1110000011題題3: x原原= -0.10101,y原原=0.11011,用不恢復(fù)余數(shù)法求用不恢復(fù)余數(shù)法求x原原y原原 -y補(bǔ)補(bǔ)=1.

8、00101華中科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院 被除數(shù)被除數(shù)/余數(shù)余數(shù) 商商 上商位上商位 說明說明 00.10101 +-y補(bǔ)補(bǔ) 11.00101 ( x y )比較比較 11.11010 0 余數(shù)余數(shù) r0 0, 商上商上1 00.11110 0.1 左移一位左移一位 +-y補(bǔ)補(bǔ) 11.00101 余數(shù)為正，減余數(shù)為正，減 y 比較比較 00.00011 0.11 r2 0, 商上商上1 00.00110 0.11 左移一位左移一位 +-y補(bǔ)補(bǔ) 11.00101 余數(shù)為正，減余數(shù)為正，減 y 比較比較 11.01011 0.110 r3 0 , 商上商上0,左移一位左移一位 10.10110 0.11

9、0 余數(shù)為負(fù)，加余數(shù)為負(fù)，加y比較比較 +y 00.11011華中科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院被除數(shù)被除數(shù)/余數(shù)余數(shù) 商商 上商位上商位 說明說明l 11.10001 0.1100 r4 0, 商上商上1 由于由于 Pf = xf + yf =1 + 0 =1 所以所以 Q原原=1.11001 r原原=0.10101 2-5題題4: 用補(bǔ)碼不恢復(fù)余數(shù)法計(jì)算用補(bǔ)碼不恢復(fù)余數(shù)法計(jì)算X/Y x=0.10101 y=0.11011 解解: x補(bǔ)補(bǔ)0.10101, y補(bǔ)補(bǔ)0.11011 ,-y補(bǔ)補(bǔ)1.00101華中科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院 被除數(shù)被除數(shù)/余數(shù)余數(shù) 商商 上商位上商位 說明說明 00.10101 +-

10、y補(bǔ)補(bǔ) 11.00101 被除數(shù)與除數(shù)同號，減除數(shù)比較被除數(shù)與除數(shù)同號，減除數(shù)比較 11.11010 0 余數(shù)余數(shù) r0 與除數(shù)異號與除數(shù)異號,商上商上0 11.10100 0 左移一位左移一位 +y補(bǔ)補(bǔ) 00.11011 被除數(shù)與除數(shù)異號被除數(shù)與除數(shù)異號,加除數(shù)比較加除數(shù)比較 00.01111 0.1 r1 與除數(shù)同號與除數(shù)同號, 商上商上1 00.11110 0.1 左移一位左移一位 +-y補(bǔ)補(bǔ) 11.00101 被除數(shù)與除數(shù)同號被除數(shù)與除數(shù)同號,減除數(shù)比較減除數(shù)比較 00.00011 0.11 r2 與除數(shù)同號與除數(shù)同號, 商上商上1 00.00110 0.11 左移一位左移一位 +-y

11、補(bǔ)補(bǔ) 11.00101 被除數(shù)與除數(shù)同號被除數(shù)與除數(shù)同號,減除數(shù)比較減除數(shù)比較 11.01011 0.110 r3 與除數(shù)異號與除數(shù)異號 , 商上商上0 10.10110 0.110 左移一位左移一位 +y補(bǔ)補(bǔ) 00.11011 被除數(shù)與除數(shù)異號被除數(shù)與除數(shù)異號,加除數(shù)比加除數(shù)比較較華中科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院 被除數(shù)被除數(shù)/余數(shù)余數(shù) 商商 上商位上商位 說明說明 11.10001 0.1100 r4 與除數(shù)異號與除數(shù)異號 , 商上商上0 11.00010 0.1100 左移一位左移一位 +y補(bǔ)補(bǔ) 00.11011 被除數(shù)與除數(shù)異號被除數(shù)與除數(shù)異號,加除數(shù)比較加除數(shù)比較 11.11101 0.11

12、000 r5 與除數(shù)異號與除數(shù)異號, 商上商上0因未除盡，商又為正，余數(shù)與被除數(shù)異號因未除盡，商又為正，余數(shù)與被除數(shù)異號,因此必加除數(shù)修正因此必加除數(shù)修正11.11101+00.11011=00.11000故故 x/y補(bǔ)補(bǔ)0.11000 , 余數(shù)余數(shù)r補(bǔ)補(bǔ)0.0000011000華中科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院題題5: x=2-0110.100101, y=2-100(-0.011010)，求，求x+y補(bǔ)補(bǔ) 解解 階碼取階碼取3位，尾數(shù)為位，尾數(shù)為6位（都不包括符號位），位（都不包括符號位）， x補(bǔ)補(bǔ)11101 0 110100 y補(bǔ)補(bǔ)11110 1 100010（1）對階）對階 E=Ey-EX=11

13、10-1101=1,X的階碼小的階碼小,使使X右移一位右移一位 x補(bǔ)補(bǔ)的階碼增大成的階碼增大成1110，尾數(shù)右移一位。，尾數(shù)右移一位。 x補(bǔ)補(bǔ)111 0 010010（2）尾數(shù)相加）尾數(shù)相加 00.010010 + 11.100110 11.111000 相加結(jié)果為相加結(jié)果為 1110 1 111000。（3）規(guī)格化）規(guī)格化 最高有效位與符號相同，需要左規(guī)，所以結(jié)果應(yīng)為最高有效位與符號相同，需要左規(guī)，所以結(jié)果應(yīng)為 1011 1 000000 所以所以 X+Y=0華中科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院1.被乘數(shù)和乘數(shù)均取絕對值參加運(yùn)算,符號位單獨(dú)考慮, Pf = xf + yf .2.被乘數(shù)取雙符號,部分積的

14、長度同被乘數(shù),并且初值為0.(P0=0)3.從乘數(shù)的最低位yn開始判斷: yn =1部分積加上被乘數(shù)|X|,然后右移一位. yn =0部分積加上0,然后右移一位.4.由yn最低位向高位重復(fù)步驟3判斷n次.華中科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院1.符號位參與運(yùn)算,運(yùn)算數(shù)均以補(bǔ)碼表示,被乘數(shù)取雙符號位參與運(yùn)算,部分積初值為0,在乘數(shù)Y的最后附加一位Yn+1=0.2.在乘數(shù)的最低位(Yn+1)開始,倒序每次取2位乘數(shù)(Yi,Yi+1),根據(jù)下表的規(guī)定完成相應(yīng)的“相加右移”操作.3.重復(fù)上面第二步操作進(jìn)行n+1次,最后一位不移位,便可得到乘積的補(bǔ)碼.YiYi+1操作00上次部分積+0,右移一位01上次部分積+x補(bǔ),

15、右移一位10上次部分積+ -x補(bǔ),右移一位11上次部分積+0,右移一位華中科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院 原碼一位不恢復(fù)余數(shù)運(yùn)算規(guī)則歸納1.符號位不參與運(yùn)算,并且要求|X|n,則將操作數(shù)則將操作數(shù)y的尾數(shù)右移一位的尾數(shù)右移一位y的階碼的階碼n加加1，直到，直到nm若若 mn,則將操作數(shù)則將操作數(shù)x的尾數(shù)右移一位的尾數(shù)右移一位,x的階碼的階碼m加加1,直到直到mn(2)尾數(shù)相加尾數(shù)相加 使兩個(gè)的階碼相等，就完成了小數(shù)點(diǎn)對準(zhǔn)的工作，這時(shí)可以執(zhí)行使兩個(gè)的階碼相等，就完成了小數(shù)點(diǎn)對準(zhǔn)的工作，這時(shí)可以執(zhí)行尾數(shù)相加操作。尾數(shù)相加與定點(diǎn)數(shù)的加、減法相同。尾數(shù)相加操作。尾數(shù)相加與定點(diǎn)數(shù)的加、減法相同。（3）結(jié)果規(guī)格化）

16、結(jié)果規(guī)格化 為便于處理，讓尾數(shù)的符號位擴(kuò)展成兩位，若結(jié)果不是為便于處理，讓尾數(shù)的符號位擴(kuò)展成兩位，若結(jié)果不是11.0或或00.1，則應(yīng)進(jìn)行規(guī)格化處理。，則應(yīng)進(jìn)行規(guī)格化處理。 當(dāng)尾數(shù)符號位為01或10時(shí)需要右規(guī)。華中科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院右規(guī)的方法右規(guī)的方法:是尾數(shù)連同符號位右移一位、和的階是尾數(shù)連同符號位右移一位、和的階碼加碼加1。右規(guī)處理后就可以得到。右規(guī)處理后就可以得到00.1或者或者11.0的形式的形式,即成為規(guī)格化數(shù)即成為規(guī)格化數(shù). 當(dāng)運(yùn)算結(jié)果的符號位和最高有效位為11.1或00.0時(shí)需要左規(guī)。 左規(guī)方法左規(guī)方法:是尾數(shù)連同符號位一起左移一位、是尾數(shù)連同符號位一起左移一位、和的階碼減和的

17、階碼減1，直到尾數(shù)部分出現(xiàn)，直到尾數(shù)部分出現(xiàn)11.0或或00.1的形式為止。的形式為止。華中科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院P70題14:某機(jī)字長16位,使用四片74181組成ALU,設(shè)最低為序號標(biāo)注為第0位,要求:(1)寫出第5位的進(jìn)位信號C6的邏輯表達(dá)式(2)估算產(chǎn)生C6所需要的最長時(shí)間(3)估算最長的求和時(shí)間解:(1)組成最低四位的74181進(jìn)位輸出為:C4=Cn+4=G+PCn=G+PC0 C0為向第0位進(jìn)位其中G=y3+y2x3+y1x2x3+y0 x1x2x3,P=X0X1X2X3所以C5=y4+x4C4 C6=y5+x5C5=y5+x5y4+x5x4C4(2)因?yàn)樾盘栍蒀0傳送到C6經(jīng)過一個(gè)

18、反相器,2個(gè)育非門,所以延遲時(shí)間:T+2*1.5T=4T(3)在四片74181組成的ALU中:華中科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院第一片74181有3個(gè)與非門 3*1.5=4.5T第二,三片74181有二個(gè)反相器和二個(gè)與非門產(chǎn)生進(jìn)位鏈 2*(1+1.5)=5T第四片74181有一個(gè)或非門和一個(gè)半加器:1.5+3=4.5T所以最長求和的時(shí)間為:4.5+5+4.5=14TP125題1:設(shè)有一個(gè)具有20位地址和32位字長的存儲器,問:(1)該存儲器能存儲器多少個(gè)字節(jié)的信息?(2)如果存儲器由512K*8位SRAM芯片組成,需要多少片?(3)需要多少位地址芯片選擇?答:(1)220=1M 32/8=4 BYTE 所以存儲器能存儲4*1M=4MB的信息 (2)4M*8位/512K*8位=8片 (3)因?yàn)樾枰?片SRAM所以需要3位地址作芯片選擇華中科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院P125題6:用32K*8位的E