計(jì)算機(jī)組成原理講義第2章數(shù)據(jù)表示運(yùn)算和運(yùn)算器部件課件

1、計(jì)算機(jī)組成原理講義第2章 數(shù)據(jù)表示、運(yùn)算和運(yùn)算器部件訣竅詳細(xì)內(nèi)容請(qǐng)參閱王誠(chéng)主編“計(jì)算機(jī)組成原理”第1頁(yè)，共54頁(yè)。本章主要教學(xué)內(nèi)容圍繞定點(diǎn)運(yùn)算器的功能、組成、設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)來(lái)介紹。掌握各種數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)內(nèi)的表示、存儲(chǔ)方式、完成運(yùn)算所用的算法和實(shí)現(xiàn)這些算法所用的邏輯電路。本章從數(shù)值化信息編碼講起，引出二進(jìn)制編碼，數(shù)制轉(zhuǎn)換，插入部分檢錯(cuò)糾錯(cuò)碼知識(shí)。介紹各種數(shù)據(jù)表示、數(shù)值數(shù)據(jù)算術(shù)運(yùn)算的有關(guān)算法。講解在計(jì)算機(jī)中實(shí)現(xiàn)算術(shù)運(yùn)算與邏輯運(yùn)算所用的功能部件運(yùn)算器部件。第2頁(yè)，共54頁(yè)。第2章 數(shù)據(jù)表示、運(yùn)算和運(yùn)算器部件2.1 數(shù)字化信息編碼的概念和二進(jìn)制編碼知識(shí)2.2 數(shù)據(jù)表示-采用的信息編碼 2.3 二進(jìn)制數(shù)值數(shù)據(jù)

2、的編碼與運(yùn)算算法2.4 運(yùn)算器部件的組成與設(shè)計(jì)2.5 浮點(diǎn)運(yùn)算與浮點(diǎn)運(yùn)算器第3頁(yè)，共54頁(yè)。2.1 數(shù)字化信息編碼的概念和二進(jìn)制編碼知識(shí)2.1.1 數(shù)字化信息編碼的概念2.1.2 二進(jìn)制編碼和碼制轉(zhuǎn)換2.1.3 檢錯(cuò)糾錯(cuò)碼 第4頁(yè)，共54頁(yè)。2.1.1 數(shù)字化信息編碼的概念所謂編碼，就是用少量、簡(jiǎn)單的基本符號(hào)，選用一定的組合規(guī)則，以表示大量復(fù)雜多樣的信息。多重編碼，是指當(dāng)使用的基本符號(hào)較多時(shí)，往往還要采取措施，以便首先使用少量的簡(jiǎn)單符號(hào)來(lái)編碼、以表示那些量大而復(fù)雜的基本符號(hào)，再用這些基本符號(hào)來(lái)表示信息。例如漢字編碼。二進(jìn)制編碼的優(yōu)點(diǎn)：容易實(shí)現(xiàn)；運(yùn)算簡(jiǎn)單；對(duì)應(yīng)邏輯值。第5頁(yè)，共54頁(yè)。2.1.2

3、 二進(jìn)制編碼和碼制轉(zhuǎn)換數(shù)制與進(jìn)位記數(shù)法基r數(shù)制：用r個(gè)基本符號(hào)通過(guò)排列起來(lái)的符號(hào)串表示數(shù)值，稱為基r數(shù)制，稱r為該數(shù)制的基。有權(quán)基r數(shù)制：如果每一位的單位值都賦以固定的值Wi，則稱Wi為該位的權(quán)，此時(shí)的數(shù)制為有權(quán)的基r數(shù)制。r進(jìn)位數(shù)制（r進(jìn)制）：如果基r數(shù)制符合“逢r進(jìn)位”的規(guī)則，則每位的權(quán)為ri，稱為r進(jìn)制。二進(jìn)制編碼與二進(jìn)制數(shù)據(jù)二進(jìn)制編碼方法；二進(jìn)制數(shù)值數(shù)據(jù)的計(jì)算（十進(jìn)制展開）。第6頁(yè)，共54頁(yè)。2.1.2 二進(jìn)制編碼和碼制轉(zhuǎn)換（續(xù)）數(shù)制轉(zhuǎn)換 二（八和十六）進(jìn)制與十進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換：整數(shù)部分：除以基數(shù)，取其余數(shù)，倒序排列。 小數(shù)部分：乘以基數(shù)，取其整數(shù)，正序排列。 二進(jìn)制與八進(jìn)制或十六進(jìn)制數(shù)據(jù)

4、轉(zhuǎn)換：原理：一位八(十六)進(jìn)制數(shù)可表示成3(4)位二進(jìn)制數(shù)。方法：從小數(shù)點(diǎn)所在位置分別向左、右對(duì)每3 位或4位進(jìn)行分組，寫出每一組對(duì)應(yīng)值（注意補(bǔ)零問(wèn)題）。第7頁(yè)，共54頁(yè)。2.1.2 二進(jìn)制編碼和碼制轉(zhuǎn)換（續(xù)）二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算規(guī)則：算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算加法運(yùn)算規(guī)則減法運(yùn)算規(guī)則乘法運(yùn)算規(guī)則除法運(yùn)算規(guī)則邏輯或運(yùn)算規(guī)則（運(yùn)算符為）邏輯與運(yùn)算規(guī)則（運(yùn)算符為）邏輯非運(yùn)算規(guī)則（運(yùn)算符為）邏輯異或運(yùn)算規(guī)則（運(yùn)算符為）第8頁(yè)，共54頁(yè)。2.1.3 檢錯(cuò)糾錯(cuò)碼檢錯(cuò)糾錯(cuò)的有關(guān)概念和實(shí)現(xiàn)思路實(shí)現(xiàn)原理：在合法的數(shù)據(jù)編碼之間加進(jìn)一些不允許出現(xiàn)的編碼，使合法編碼出現(xiàn)某些錯(cuò)誤時(shí)，就成為非法編碼。（最?。┐a距：任意兩個(gè)合法編碼之

5、間至少有幾個(gè)二進(jìn)制位不相同，常用的數(shù)據(jù)校驗(yàn)碼是奇偶校驗(yàn)碼、海明校驗(yàn)碼、循環(huán)冗余碼。糾錯(cuò)碼是對(duì)校驗(yàn)碼的更進(jìn)一步的發(fā)展和應(yīng)用。第9頁(yè)，共54頁(yè)。2.1.3 檢錯(cuò)糾錯(cuò)碼（續(xù)）三種常用的檢錯(cuò)糾錯(cuò)碼奇偶校驗(yàn)碼： 原理：使原來(lái)合法碼距由1正加到2； 方法：正加一個(gè)二進(jìn)制位成奇(偶)個(gè)“1”； 特點(diǎn)：只能發(fā)現(xiàn)一位或奇數(shù)個(gè)位出錯(cuò)。第10頁(yè)，共54頁(yè)。2.1.3 檢錯(cuò)糾錯(cuò)碼(續(xù)) 海明校驗(yàn)碼：原理：在k個(gè)數(shù)據(jù)位之外加上r個(gè)校驗(yàn)位，形成k+r位的新的碼字，使新的碼字的碼距比較均勻地拉大。把數(shù)據(jù)的每一位分配在幾個(gè)不同的偶校驗(yàn)位的組合中，當(dāng)某一位出錯(cuò)后，就會(huì)引起相關(guān)的幾個(gè)校驗(yàn)位的值發(fā)生變化；方法：見表2.2和表2.3

6、；特點(diǎn)：能發(fā)現(xiàn)并糾正一位出錯(cuò)或發(fā)現(xiàn)兩位出錯(cuò)。第11頁(yè)，共54頁(yè)。2.1.3 檢錯(cuò)糾錯(cuò)碼(續(xù)) 循環(huán)冗余碼原理：在k個(gè)數(shù)據(jù)位之外拼接r個(gè)校驗(yàn)位，關(guān)鍵是如何從k位信息位簡(jiǎn)單地得到r位校驗(yàn)位編碼。以及如何判斷k+r位碼字是否正確；方法：由信息表達(dá)式及生成表達(dá)式生成模余數(shù)表達(dá)式，并拼接在信息表達(dá)式之后；特點(diǎn)：能發(fā)現(xiàn)并糾正一位、多位出錯(cuò)，用于串行通信。第12頁(yè)，共54頁(yè)。2.2 數(shù)據(jù)表示-采用的信息編碼 2.2.1 邏輯數(shù)據(jù)的表示2.2.2 字符數(shù)據(jù)的表示2.2.3 數(shù)值型數(shù)據(jù)的表示第13頁(yè)，共54頁(yè)。2.2.1 邏輯數(shù)據(jù)的表示用來(lái)表示二值邏輯中的“是”與“否”或稱“真”與“假”兩個(gè)狀態(tài)的數(shù)據(jù)。在計(jì)算機(jī)

7、中可用一個(gè)基二碼、一個(gè)字或一個(gè)字節(jié)來(lái)表示單個(gè)邏輯數(shù)。第14頁(yè)，共54頁(yè)。2.2.2 字符數(shù)據(jù)的表示用一定位數(shù)的基二碼為每一個(gè)字符指定一個(gè)確定 的編碼。ASCII碼和EBCDIC碼ASCII碼：7位基二碼表示的字符，見表2.8。EBCDIC碼：8位編碼，主要用在IBM計(jì)算機(jī)中。第15頁(yè)，共54頁(yè)。2.2.2 字符數(shù)據(jù)的表示（續(xù)）字符串的表示連續(xù)的一串字符，占用主存中連續(xù)的多個(gè)字節(jié)，每個(gè)字節(jié)存一個(gè)字符。注意其存放順序（P.68 圖2.4）。第16頁(yè)，共54頁(yè)。2.2.2 字符數(shù)據(jù)的表示（續(xù)）中文（漢字）的編碼表示用兩個(gè)字節(jié)表示一個(gè)漢字。將兩個(gè)字節(jié)的最高位設(shè)定為1。128 * 128個(gè)。注意與ASC

8、II碼的奇偶校驗(yàn)碼有沖突。第17頁(yè)，共54頁(yè)。2.2.3 數(shù)值型數(shù)據(jù)的表示* 表示數(shù)量多少、數(shù)值大小的數(shù)據(jù)。表示方法： 帶正負(fù)符號(hào)的十進(jìn)制數(shù)形式，用于輸入/輸出。 二-十進(jìn)制編碼，即用4為基2碼編碼一位十進(jìn)制數(shù)，多位十進(jìn)制數(shù)表示成編碼的數(shù)串。 二進(jìn)制原、反、補(bǔ)碼表示數(shù)據(jù)。注意：數(shù)值數(shù)據(jù)有一定的表示范圍和表示精度。二進(jìn)制數(shù)主要分成定點(diǎn)小數(shù)、整數(shù)與浮點(diǎn)數(shù)三類。第18頁(yè)，共54頁(yè)。2.2.3 數(shù)值型數(shù)據(jù)的表示（續(xù)）定點(diǎn)小數(shù)的表示方法指小數(shù)點(diǎn)準(zhǔn)確固定在數(shù)據(jù)某個(gè)位置上的小數(shù)，實(shí)用上都把小數(shù)點(diǎn)固定在最高數(shù)據(jù)位的左邊，小數(shù)點(diǎn)前邊再設(shè)一位符號(hào)位。N = NS.N-1N-2N-m主要用在早期計(jì)算機(jī)中，在本課中主

9、要通過(guò)定點(diǎn)小數(shù)討論數(shù)值數(shù)據(jù)的不同編碼方案，而且定點(diǎn)小數(shù)也被用來(lái)表示浮點(diǎn)數(shù)的尾數(shù)部分。第19頁(yè)，共54頁(yè)。2.2.3 數(shù)值型數(shù)據(jù)的表示（續(xù)）整數(shù)的表示方法小數(shù)點(diǎn)定位在數(shù)值最低位右面的一種數(shù)據(jù)。整數(shù)被分成帶符號(hào)和不帶符號(hào)的兩類。 帶符號(hào)數(shù)： N = NS.NnNn-1N2 N1 N0 不帶符號(hào)數(shù)：N = Nn+1NnNn-1N2 N1 N0在計(jì)算機(jī)中，整數(shù)所占用的存儲(chǔ)空間和所表示數(shù)值范圍是不同的，如8位、16位、32位或64位。第20頁(yè)，共54頁(yè)。2.2.3 數(shù)值型數(shù)據(jù)的表示（續(xù)）浮點(diǎn)數(shù)的表示方法浮點(diǎn)數(shù)是指小數(shù)點(diǎn)在數(shù)據(jù)中的位置可以左右浮動(dòng)的數(shù)據(jù)。表示成：N = M * RE在計(jì)算機(jī)中，表示浮點(diǎn)數(shù)要

10、有符號(hào)位；而R規(guī)定位2、8或16，是確定常量不必表示出來(lái)。浮點(diǎn)數(shù)表示成：MS(1位) E(m位) M(n位)浮點(diǎn)數(shù)的規(guī)格化表示及處理：規(guī)定計(jì)算機(jī)內(nèi)浮點(diǎn)數(shù)的尾數(shù)部分用純小數(shù)形式給出，而且尾數(shù)的值不為0時(shí)，其絕對(duì)值應(yīng)大于或等于0.5。第21頁(yè)，共54頁(yè)。2.2.3 數(shù)值型數(shù)據(jù)的表示（續(xù)）浮點(diǎn)數(shù)的表示方法（續(xù)）浮點(diǎn)數(shù)的規(guī)格化處理：規(guī)格化的過(guò)程稱為規(guī)格化處理。常用浮點(diǎn)數(shù)的格式：P.71隱藏位技術(shù)： 對(duì)短浮點(diǎn)數(shù)和長(zhǎng)浮點(diǎn)數(shù)，在存儲(chǔ)時(shí)，去掉最高位（規(guī)格化后必為1）的技術(shù)稱為隱藏位技術(shù)。對(duì)臨時(shí)浮點(diǎn)數(shù)，不使用隱藏位技術(shù)。第22頁(yè)，共54頁(yè)。2.2.3 數(shù)值型數(shù)據(jù)的表示（續(xù)）十進(jìn)制數(shù)的編碼與運(yùn)算* 采用基二碼對(duì)每

11、個(gè)十進(jìn)制數(shù)位進(jìn)行重編碼。十進(jìn)制有權(quán)碼：每一位基2碼有確定的權(quán)。 8421碼（BCD碼）： 運(yùn)算簡(jiǎn)單；轉(zhuǎn)換方便；結(jié)果需修正。 其它有權(quán)碼：見表2.9十進(jìn)制無(wú)權(quán)碼：每一位基2碼沒有確定的權(quán)。 余三碼：每個(gè)二進(jìn)制代碼都加上0011得到。 格蕾碼：任兩個(gè)相臨代碼只有1位狀態(tài)不同。第23頁(yè)，共54頁(yè)。2.2.3 數(shù)值型數(shù)據(jù)的表示（續(xù)）十進(jìn)制數(shù)的編碼與運(yùn)算（續(xù)） 十進(jìn)制數(shù)的其它編碼方法：見表2.11 數(shù)字串在計(jì)算機(jī)中的表示余存儲(chǔ)字符串形式：一個(gè)字節(jié)存放一個(gè)十進(jìn)制的數(shù)位或符號(hào)位。不便于算術(shù)運(yùn)算。壓縮的十進(jìn)制數(shù)串形式：一個(gè)字節(jié)存放兩個(gè)十進(jìn)制的數(shù)位。便于算術(shù)運(yùn)算。注意符號(hào)位的表示以及所占位數(shù)必為偶數(shù)。每種表示都

12、需知道其起始地址和長(zhǎng)度。第24頁(yè)，共54頁(yè)。2.3 二進(jìn)制數(shù)值數(shù)據(jù)的編碼與運(yùn)算算法 2.3.1 原碼、反碼、補(bǔ)碼的定義 2.3.2 補(bǔ)碼加、減運(yùn)算規(guī)則 2.3.3 原碼一位乘法的實(shí)現(xiàn)算法 2.3.4 定點(diǎn)補(bǔ)碼一位乘法的實(shí)現(xiàn)算法2.3.5 原碼一位除法的實(shí)現(xiàn)算法 2.3.6 定點(diǎn)補(bǔ)碼一位除法的實(shí)現(xiàn)算法2.3.7 加速乘除法運(yùn)算的有關(guān)算法介紹第25頁(yè)，共54頁(yè)。2.3.1 原碼、反碼、補(bǔ)碼的定義編碼方法是指如何能統(tǒng)一地表示正數(shù)、零和負(fù)數(shù)，并盡可能地有利于簡(jiǎn)化對(duì)它們實(shí)現(xiàn)算術(shù)運(yùn)算用到的規(guī)則。數(shù)據(jù)的正負(fù)符號(hào)用一位二進(jìn)制0和1兩個(gè)狀態(tài)表示。通常稱表示一個(gè)數(shù)值數(shù)據(jù)的機(jī)內(nèi)編碼機(jī)器數(shù)，而把它所代表的實(shí)際值稱為機(jī)

13、器數(shù)的真值。用定點(diǎn)小數(shù)引出數(shù)值的3種編碼（原碼、補(bǔ)碼和反碼）是最方便的。第26頁(yè)，共54頁(yè)。2.3.1 原碼、反碼、補(bǔ)碼的定義（續(xù)）定點(diǎn)小數(shù)的編碼方法原碼表示法：用機(jī)器數(shù)的最高一位代表符號(hào)，以下各位給出數(shù)值絕對(duì)值的表示方法。定義見P.75 (2.9)，其性質(zhì)為： x原 = 符號(hào)位 + |X| 零有兩種表示:+0.0原=0000,-0.0原=1000 優(yōu)缺點(diǎn)：乘除運(yùn)算規(guī)則簡(jiǎn)單；加減運(yùn)算不方便。第27頁(yè)，共54頁(yè)。2.3.1 原碼、反碼、補(bǔ)碼的定義（續(xù)）補(bǔ)碼表示法： 用機(jī)器數(shù)的最高一位代表符號(hào)，以下各位給出數(shù)值按2取模結(jié)果的表示方法。定義見P.76 (2.10)，其性質(zhì)為：x補(bǔ) = 2 * 符號(hào)位

14、 + X零有唯一表示：+0.0補(bǔ) = -0.0補(bǔ) = 0000X + Y補(bǔ) = X補(bǔ) + Y補(bǔ) MOD 2 （重要）第28頁(yè)，共54頁(yè)。2.3.1 原碼、反碼、補(bǔ)碼的定義（續(xù)）補(bǔ)碼表示法：（續(xù)）* 由補(bǔ)碼求真值：正數(shù)：X=X補(bǔ)；負(fù)數(shù)：數(shù)值部分求補(bǔ)，并加上符號(hào)。* 補(bǔ)碼的算術(shù)移位：將符號(hào)位與數(shù)值位一起右移一次并保持原符號(hào)位的值不變，可實(shí)現(xiàn)除法。* 由原碼求補(bǔ)碼：對(duì)正數(shù)或零：X補(bǔ) = X原。對(duì)負(fù)數(shù)：符號(hào)位不變，數(shù)值位變反末尾加1。第29頁(yè)，共54頁(yè)。2.3.1 原碼、反碼、補(bǔ)碼的定義（續(xù)）補(bǔ)碼表示法：（續(xù)）* 變形補(bǔ)碼：模4補(bǔ)碼或雙符號(hào)位補(bǔ)碼。定義見P.77 (2.13)，其性質(zhì)為：數(shù)值與模2補(bǔ)碼

15、相同；符號(hào)位為00或11，若為01或10時(shí)表示溢出，01表正數(shù)相加產(chǎn)生上溢；10表負(fù)數(shù)相加產(chǎn)生下溢。零有唯一編碼，且能表示負(fù)1。存儲(chǔ)模4補(bǔ)碼時(shí)，只存儲(chǔ)一位符號(hào)位即可。第30頁(yè)，共54頁(yè)。2.3.1 原碼、反碼、補(bǔ)碼的定義（續(xù)）反碼表示法：用機(jī)器數(shù)的最高一位代表符號(hào)，數(shù)值位是對(duì)負(fù)數(shù)值各位取反、對(duì)正數(shù)與原補(bǔ)碼具有相同的表示方法。 其定義見P.78 (2.14)，其性質(zhì)為：x反 = （2 - 2-n) + X） MOD（2 - 2-n) 零有兩種表示:+0.0反=0000,-0.0反=1111實(shí)現(xiàn)算術(shù)運(yùn)算不方便，0有兩個(gè)編碼，不常用。第31頁(yè)，共54頁(yè)。2.3.1 原碼、反碼、補(bǔ)碼的定義（續(xù)）整數(shù)的

16、編碼方法* 整數(shù)也用原、補(bǔ)和反碼表示。* 與小數(shù)有如下異同：小數(shù)點(diǎn)設(shè)在最低一位的右邊，最高位為符號(hào)位。數(shù)值的范圍及編碼的取模值與所用的位數(shù)有關(guān)。編碼的定義、特性和相互轉(zhuǎn)換方法均與定點(diǎn)小數(shù)類似，只是補(bǔ)碼的取模值為2k或2k+1，k為二進(jìn)制整數(shù)數(shù)值的位數(shù)。第32頁(yè)，共54頁(yè)。2.3.1 原碼、反碼、補(bǔ)碼的定義（續(xù)）浮點(diǎn)數(shù)的編碼方法：Ms E M符號(hào)位Ms仍采用0表正、1表負(fù)的規(guī)則。尾數(shù)M采用定點(diǎn)小數(shù)表示，可用原（補(bǔ)）編碼。階碼E多采用整數(shù)形式的移碼表示： 定義：P.79 (2.15) 與補(bǔ)碼的關(guān)系：變補(bǔ)碼的符號(hào)為其反碼。 性質(zhì)：a.符號(hào)位與原、補(bǔ)碼相反； b.只用于整數(shù)（浮點(diǎn)數(shù)階碼）； c.移碼加

17、減運(yùn)算結(jié)果需變符號(hào)修正； d.零有唯一編碼10000（-2n）。第33頁(yè)，共54頁(yè)。2.3.2 補(bǔ)碼加、減運(yùn)算規(guī)則加減法運(yùn)算規(guī)則： X+Y補(bǔ)=X補(bǔ)+Y補(bǔ),X-Y補(bǔ)=X補(bǔ)-Y補(bǔ)=X補(bǔ)+-Y補(bǔ) 補(bǔ)碼直接參與運(yùn)算：包括符號(hào)與數(shù)值。 已知補(bǔ)碼求其負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼：按位求反末尾加1。運(yùn)算溢出的表達(dá)方式： 同符號(hào)補(bǔ)碼相加，和的符號(hào)與加數(shù)符號(hào)相同； 最高位向符號(hào)位的進(jìn)位與符號(hào)位向更高位進(jìn)位不同； 雙符號(hào)位運(yùn)算時(shí)，兩個(gè)符號(hào)位不同。第34頁(yè)，共54頁(yè)。2.3.3 原碼一位乘法的實(shí)現(xiàn)算法乘積的符號(hào)為兩數(shù)符號(hào)的異或值，數(shù)值為兩數(shù)絕對(duì)值之積。乘法算法實(shí)現(xiàn)：運(yùn)算器只能完成對(duì)兩個(gè)數(shù)的求和操作；用N位加法器實(shí)現(xiàn)兩個(gè)N位數(shù)的乘法：

18、每求得一次部分積之后使其右移一位。加零或加被乘數(shù)的判斷：每求一次部分積，使放乘數(shù)的寄存器執(zhí)行一次右移操作，并使其最高位接收加法器最低位的移位輸出。乘積的符號(hào)為兩數(shù)符號(hào)的異或值（半加和）。第35頁(yè)，共54頁(yè)。2.3.4 定點(diǎn)補(bǔ)碼一位乘法的實(shí)現(xiàn)算法* 直接用補(bǔ)碼相乘實(shí)現(xiàn)乘法運(yùn)算。方案一：乘數(shù)為正數(shù)：X*Y補(bǔ) = X補(bǔ) * Y補(bǔ)乘數(shù)為負(fù)數(shù)：用X補(bǔ)乘Y補(bǔ)的數(shù)值位，再將乘積加上-X補(bǔ)。方案二：比較法第36頁(yè)，共54頁(yè)。2.3.5 原碼一位除法的實(shí)現(xiàn)算法原碼恢復(fù)余數(shù)法和加減交替法實(shí)現(xiàn)，商的符號(hào)為兩數(shù)符號(hào)的異或值，數(shù)值為兩數(shù)絕對(duì)值之商。除法算法實(shí)現(xiàn)：左移被除數(shù)（余數(shù)）；上商要根據(jù)減法運(yùn)輸結(jié)果確定，為正上1，

19、為負(fù)上0，且恢復(fù)余數(shù)（兩種不同實(shí)現(xiàn)方法）。上商是將商存入寄存器，并使其左移。寄存器的初始值可以是雙倍字長(zhǎng)被除數(shù)的低位部分，在實(shí)現(xiàn)部分余數(shù)左移時(shí)，將它的最高位移入部分余數(shù)的最低位。第37頁(yè)，共54頁(yè)。2.3.6 定點(diǎn)補(bǔ)碼一位除法的實(shí)現(xiàn)算法* 運(yùn)輸規(guī)則見P.90第38頁(yè)，共54頁(yè)。2.3.7 加速乘除法運(yùn)算的有關(guān)算法介紹定點(diǎn)雙位乘法的實(shí)現(xiàn)方案陣列乘法器跳0跳1除法用快速乘法器實(shí)現(xiàn)快速除法器第39頁(yè)，共54頁(yè)。2.4 運(yùn)算器部件的組成與設(shè)計(jì)2.4.1 運(yùn)算器部件的功能與組成概述2.4.2 位片結(jié)構(gòu)的運(yùn)算器芯片Am29012.4.3 教學(xué)計(jì)算機(jī)運(yùn)算器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)2.4.4 教學(xué)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算器使用事例第

20、40頁(yè)，共54頁(yè)。2.4.1 運(yùn)算器部件的功能與組成概述運(yùn)算器的功能：首要功能是完成數(shù)據(jù)的算術(shù)和邏輯運(yùn)算。由ALU實(shí)現(xiàn)：給出運(yùn)算結(jié)果和結(jié)果的某些特征。第二項(xiàng)功能是暫存運(yùn)算數(shù)據(jù)和中間結(jié)果。由通用寄存器實(shí)現(xiàn)：區(qū)別于專用寄存器。第三項(xiàng)功能是用硬件完成乘除指令運(yùn)算。由乘商寄存器實(shí)現(xiàn)：能自行左右移位（專用）。第四項(xiàng)功能是作為處理機(jī)內(nèi)傳送數(shù)據(jù)的通路。第41頁(yè)，共54頁(yè)。2.4.1 運(yùn)算器部件的功能與組成概述運(yùn)算器的控制與操作：正確地向運(yùn)算器提供控制信號(hào)，解決正確向運(yùn)算器提供參加運(yùn)算數(shù)據(jù)的種種問(wèn)題。給出正確的數(shù)據(jù)來(lái)源何正確的控制信號(hào)，運(yùn)算器就執(zhí)行規(guī)定的操作功能。在計(jì)算機(jī)整機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，運(yùn)算器用到的控制信號(hào)是

21、由計(jì)算機(jī)的控制器部件提供的。第42頁(yè)，共54頁(yè)。2.4.2 位片結(jié)構(gòu)的運(yùn)算器芯片Am2901Am2901的內(nèi)部組成Am2901的控制與操作第43頁(yè)，共54頁(yè)。2.4.3 教學(xué)計(jì)算機(jī)運(yùn)算器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)Am2901的管腳信號(hào)8位教學(xué)機(jī)的運(yùn)算器部件的主體部分的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)16位教學(xué)機(jī)的運(yùn)算器部件的主體部分的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)教學(xué)機(jī)的運(yùn)算器部件的輔助組成部分的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)運(yùn)算器的控制與操作第44頁(yè)，共54頁(yè)。2.4.4 教學(xué)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算器使用實(shí)例8位教學(xué)機(jī)的運(yùn)算器部件實(shí)驗(yàn)16位教學(xué)機(jī)的運(yùn)算器部件實(shí)驗(yàn)第45頁(yè)，共54頁(yè)。2.5 浮點(diǎn)運(yùn)算與浮點(diǎn)運(yùn)算器浮點(diǎn)運(yùn)算器是主要用于對(duì)計(jì)算機(jī)內(nèi)的浮點(diǎn)數(shù)進(jìn)行運(yùn)算的部件。浮點(diǎn)數(shù)通常由階碼和尾數(shù)兩部分組成，階碼是正數(shù)形式，尾數(shù)是定點(diǎn)小數(shù)形式，執(zhí)行的操作不相同。浮點(diǎn)運(yùn)算器總是由處理階碼和處理尾數(shù)的兩部分邏輯線路組成。第46頁(yè)，共54頁(yè)。2.5.1 浮點(diǎn)數(shù)的運(yùn)算規(guī)則* 浮點(diǎn)數(shù)形式：X = MX * 2EX* MX為浮點(diǎn)數(shù)的尾數(shù)，一般為小于1的規(guī)格化的二進(jìn) 制小數(shù)，機(jī)器中多用原碼（或補(bǔ)碼）形式表示。* EX為浮點(diǎn)數(shù)的階碼，一般為二進(jìn)制整數(shù)，機(jī)器中多用移碼（或補(bǔ)碼）形式表示，給出的是一個(gè)指數(shù)的冪，其底數(shù)常用2，8或16。第47頁(yè)，共54頁(yè)。2.5.1 浮點(diǎn)數(shù)的運(yùn)算規(guī)則浮點(diǎn)加減法的運(yùn)算步驟：