大学课程-- 计算机组成与系统结构

计算机组成与系统结构
最近因为各科都要进行期末考试，在此将本门课程各章节的一些重要的知识要点总结如下：

第一章：计算机系统概述

计算机系统：硬件系统+软件系统。






1.计算机的发展历经了：电子管，晶体管，小规模集成电路，大规模集成电路，巨大规模集成电路五个阶段。

2.冯.洛伊曼体系结构的特点：

二进制
存储程序顺序执行
计算机硬件由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五部分组成
将数据和指令存储在同一个存储器中。

3.摩尔定律：

当价格不变时，集成电路上可容纳的元器件的数目，约每隔18-24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。

4.软件和硬件的逻辑等价性。

随着大规模集成电路和软件硬化的趋势，软件和硬件的界限将会越来越小。一些操作可以让软件实现，也可以让硬件实现。

现在应经可以把许多复杂的，常用的软件做成固件。就其功能来说，它属于软件，但就其形式来说它属于硬件。其次，现在在一块单晶硅上制作复杂的逻辑电路已经可以实现，这就为指令扩展提供了了物质基础。把本来软件做的事，换成硬件来实现。因此传统的“软件”今后可能被“固化”或者“硬化"。

第二章：运算方法与运算器

1. IEEE754标准化数时的注意事项：

S：E：M=1：8
若是负数时，s=1，将其用绝对值进行规格化

估计说到这里很多跟我一样的孩纸最初都不明白是什么意思，下面进行两个例子来说明。

将下列十进制表示成IEEE754标准的32位浮点规格化数。

1. 27/64
2.-27/64

ok，现在开始我们真正的革命事业了：

第一步：将27/64转换成小数，接着用二进制表示

27/64=0.421875 ------>0.011011

第二步：移动小数点，使其在第一位和第二位之间（ 当尾数的值不是0时，尾数域的最高有效位应为1--这是IEEE754的规定，不要问我为什么）

可以得到：1.1011X2^-2(2的-2次方)

第三步：得出S(符号位)、E（阶码）、M（尾数）

S=0（因为是正数）

E=e+127 =125 =0111 1101（e即为第二步得到的指数 为-2）

M=1011 0000 0000 0000 0000 000 (M为23位，当不够时填0补齐)

第四步：得出最终结果：

00111 1101 1011 0000 0000 0000 0000 000 =（3ED80000）16

同理，当为-27/64时的步骤也是一样的，只是S=1

故最终结果:10111
1101 1011 0000 0000 0000 0000 000 =（BED80000）16

2.机器数与真值的区别？

真值就是我们平时写的数；

机器数又被称为机器码,可以用原码，反码，补码，移码表示。

那么 问题来了，他们之间有什么联系呢？下面通过一个例子来说明这四者的关系：

例1：将十进制 -127、127分别用原码，反码，补码，移码表示.

-127 二进制真值表示：-0111 111 127 二进制真值表示：+0111 1111

原码:1111 1111 原码：0111 1111

反码:1000 0000反码：0000 0000

补码:1000 0001补码：0000 0001

移码:0000 0001移码：1000 0001

从上述的例子可以看出：原码就是符号位(最高位--此处用红色标记)+该数的绝对值的二进制真值

反码是在原码除符号位不变，其它各位按位取反（0变1,1变0）；

补码是在反码的基础上整体加1；

移码是在反码的基础上将符号位取反,其它各位均不变。

3.浮点数的加减法运算步骤

0 操作检查数
比较阶码大小完成对阶
尾数进行加减运算
结果规格化处理
舍入处理
判断溢出，得出最终结果

下面的一个例子可以体现上述几个步骤：

例2：设阶码3位，尾数6位，按浮点数的运算方法，完成下列取值的[x+y],[x-y].

X=2^(-011)x0.100101,Y=2^(-010)x(-0.011110)

第一步：x，y均不是0

第二步：对阶

[x]浮 =11 101 ，0.100101 [y]浮 =11 110 ,
1. 100010

此处阶码我们采用双符号位（也可以单符号位），尾数采用单符号位（也可以双符号位）

△E= [Ex]补—[Ey] 补= 11 101 + 00 010 = 11 111

即△E = —1 ，X的阶码小，应使Mx右移1位，Ex加1。

故：[X]浮=11 101，0.010010（1）

注：△E =11 111 是补码表示，转换为真值为 -1

第三步：尾数进行加减运算

x+y 0.010010(1)

+ 1.100010

—————————

1.110100(1)

第四步：规格化处理

尾数运算结果的符号位与最高数值位相同，应进行左规处理，结果为1.010010,阶码为 11 100

第五步：舍入处理

采用简单的四舍五入，最终尾数为：1.010010

第六步：判断溢出，得到最后结果

由于阶码的符号位为11 ，故没溢出，最终结果为：2^(-100)x(-0.101110)



[b] x-y 的运算方法类似：

[/b]

只是在第三步时：

x-y 0.010010(1)

+ 0.011110

_______________________

0.110000(1)

第四步:规格化处理

由于符号位和最高数值位不相同，故不用规格化。阶码为：11 110

第五步：舍入处理

采取“0舍1入”法：故尾数结果为0.110001

所谓“[b]0舍1入” 末尾为0直接舍弃，为1就向末位加1[/b]

第六步：判断溢出，得出结果

由于阶码符号位为 11 没有溢出，故最终结果为：2^(-010)x([b]0.110001)[/b]

4.用变形补码，计算x-y，x+y并判断结果是否溢出。

例：x=11011 y=-11111

[x]补 =00 11011

[y]补 =11 00001

[x+y]补= [x]补+[y]补=11 11100

由于符号位为11 ，故无溢出，x+y = -00 00100

[x-y]补 = [x]补+[-y]补=00 11011

+
00 11111

_____________________________


01 11010


最终符号位为 01 ，正溢出 ， x-y = 11010

5.基本的逻辑运算规则

逻辑非 运算

例：x=01001011，求x的逻辑非。

~x= 10110100

逻辑加运算（逻辑或）

例：x=10100001 y=10011011 求x+y

[b]1010 0001[/b]

[b]1001 1011[/b]

[b]———————————[/b]

[b]1011 1011 [/b]


注意：逻辑或进行的不是加运算，而是或运算，什么意思呢？

就是1||1 =1 ,1||0 =1,0||1 =1,0||0 =0


归纳一哈就是:有1则结果为1，只有两个都为0时才为0

逻辑乘(逻辑与)

例：x= 1011 1001 y=1111 0011 ,求 x.y

1011 1001

.
1111 0011

————————————

1011 0001

特点：有0则为0，只有全为1时才为1

逻辑异或

例：x= 1011 1001 y=1111 0011 ,求 x异或y

1011 1001

xor
1111 0011

——————————

0100 1010

特点：相同为0，相异为1

逻辑同或

例：x= 1010 1011 y=1111 0011 ,求 x同或y

1011 1011
xNOr
1111 0011
——————————
1011 0111
特点：相同为1，相异为0

以上只用于个人对本阶段学习的复习，总结参考，若有不正确的地方，望各大好友指出。