2023西南大學(xué)網(wǎng)教計(jì)算機(jī)組成原理作業(yè)一

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1、寫出浮點(diǎn)數(shù)加減運(yùn)算步驟。兩數(shù)的浮點(diǎn)數(shù)相加減后，用階碼判別溢出？答：

浮點(diǎn)數(shù)的加減運(yùn)算一般由以下五個(gè)步驟完成：對(duì)階↓尾數(shù)運(yùn)算↓結(jié)果規(guī)格化↓舍入處理↓溢出判斷

設(shè)兩浮點(diǎn)數(shù)X、Y進(jìn)行加減運(yùn)算，其中X＝Mx·2Ex，Y＝My·2Ey

1.對(duì)階

所謂對(duì)階是指將兩個(gè)進(jìn)行運(yùn)算的浮點(diǎn)數(shù)的階碼對(duì)齊的操作。對(duì)階的目的是為使兩個(gè)浮點(diǎn)數(shù)的尾數(shù)能夠進(jìn)行加減運(yùn)算。由于，當(dāng)進(jìn)行Mx·2Ex與My·2Ey加減運(yùn)算時(shí)，只有使兩浮點(diǎn)數(shù)的指數(shù)值部分一致，才能將一致的指數(shù)值作為公因數(shù)提出來，然后進(jìn)行尾數(shù)的加減運(yùn)算。

對(duì)階的具體方法是：首先求出兩浮點(diǎn)數(shù)階碼的差，即⊿E＝Ex-Ey，將小階碼加上⊿E，使之與大階碼相等，同時(shí)將小階碼對(duì)應(yīng)的浮點(diǎn)數(shù)的尾數(shù)右移相應(yīng)位數(shù)，以保證該浮點(diǎn)數(shù)的值不變。幾點(diǎn)注意：

（1）對(duì)階的原則是小階對(duì)大階，之所以這樣做是由于若大階對(duì)小階，則尾數(shù)的數(shù)值部分的高位需移出，而小階對(duì)大階移出的是尾數(shù)的數(shù)值部分的低位，這樣損失的精度更小。

（2）若⊿E＝0，說明兩浮點(diǎn)數(shù)的階碼已經(jīng)一致，無需再做對(duì)階操作了。（3）采用補(bǔ)碼表示的尾數(shù)右移時(shí)，符號(hào)位保持不變。

（4）由于尾數(shù)右移時(shí)是將最低位移出，會(huì)損失一定的精度，為減少誤差，可先保存若干移出的位，供以后舍入處理用。

2.尾數(shù)運(yùn)算

尾數(shù)運(yùn)算就是進(jìn)行完成對(duì)階后的尾數(shù)相加減。這里采用的就是我們前面講過的純小數(shù)的定點(diǎn)數(shù)加減運(yùn)算。

3.結(jié)果規(guī)格化

在機(jī)器中，為保證浮點(diǎn)數(shù)表示的唯一性，浮點(diǎn)數(shù)在機(jī)器中都是以規(guī)格化形式存儲(chǔ)的。對(duì)于IEEE754標(biāo)準(zhǔn)的浮點(diǎn)數(shù)來說，就是尾數(shù)必需是1.M的形式。由于

在進(jìn)行上述兩個(gè)定點(diǎn)小數(shù)的尾數(shù)相加減運(yùn)算后，尾數(shù)有可能是非規(guī)格化形式，為此必需進(jìn)行規(guī)格化操作。

規(guī)格化操作包括左規(guī)和右規(guī)兩種狀況。

左規(guī)操作：將尾數(shù)左移，同時(shí)階碼減值，直至尾數(shù)成為1.M的形式。例如，浮點(diǎn)數(shù)0.0011·25是非規(guī)格化的形式，需進(jìn)行左規(guī)操作，將其尾數(shù)左移3位，同時(shí)階碼減3，就變成1.1100·22規(guī)格化形式了。右規(guī)操作：將尾數(shù)右移1位，同時(shí)階碼增1，便成為規(guī)格化的形式了。要注意的是，右規(guī)操作只需將尾數(shù)右移一位即可，這種狀況出現(xiàn)在尾數(shù)的最高位（小數(shù)點(diǎn)前一位）運(yùn)算時(shí)出現(xiàn)了進(jìn)位，使尾數(shù)成為10.xxxx或11.xxxx的形式。例如，10.0011·25右規(guī)一位后便成為1.00011·26的規(guī)格化形式了。

4.舍入處理

浮點(diǎn)運(yùn)算在對(duì)階或右規(guī)時(shí)，尾數(shù)需要右移，被右移出去的位會(huì)被丟掉，從而造成運(yùn)算結(jié)果精度的損失。為了減少這種精度損失，可以將一定位數(shù)的移出位先保存起來，稱為保護(hù)位，在規(guī)格化后用于舍入處理。

IEEE754標(biāo)準(zhǔn)列出了四種可選的舍入處理方法：

（1）就近舍入（roundtonearest）這是標(biāo)準(zhǔn)列出的默認(rèn)舍入方式，其含義相當(dāng)于我們?nèi)粘Ｋf的“四舍五入〞。例如，對(duì)于32位單精度浮點(diǎn)數(shù)來說，若超出可保存的23位的多余位大于等于100…01，則多余位的值超過了最低可表示位值的一半，這種狀況下，舍入的方法是在尾數(shù)的最低有效位上加1；若多余位小于等于011…11，則直接舍去；若多余位為100…00，此時(shí)再判斷尾數(shù)的最低有效位的值，若為0則直接舍去，若為1則再加1。

（2）朝+∞舍入（roundtoward+∞）對(duì)正數(shù)來說，只要多余位不為全0，則向尾數(shù)最低有效位進(jìn)1；對(duì)負(fù)數(shù)來說，則是簡(jiǎn)單地舍去。

（3）朝-∞舍入（roundtoward-∞）與朝+∞舍入方法正好相反，對(duì)正數(shù)來說，只是簡(jiǎn)單地舍去；對(duì)負(fù)數(shù)來說，只要多余位不為全0，則向尾數(shù)最低有效位進(jìn)1。

（4）朝0舍入（roundtoward0）

即簡(jiǎn)單地截?cái)嗌崛?，而不管多余位是什么值。這種方法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但簡(jiǎn)單形成累積誤差，且舍入處理后的值總是向下偏差。

5.溢出判斷

與定點(diǎn)數(shù)運(yùn)算不同的是，浮點(diǎn)數(shù)的溢出是以其運(yùn)算結(jié)果的階碼的值是否產(chǎn)生溢出來判斷的。若階碼的值超過了階碼所能表示的最大正數(shù)，則為上溢，進(jìn)一步，若此時(shí)浮點(diǎn)數(shù)為正數(shù)，則為正上溢，記為+∞，若浮點(diǎn)數(shù)為負(fù)數(shù)，則為負(fù)上溢，記為-∞；若階碼的值超過了階碼所能表示的最小負(fù)數(shù)，則為下溢，進(jìn)一步，若此時(shí)浮點(diǎn)數(shù)為正數(shù)，則為正下溢，若浮點(diǎn)數(shù)為負(fù)數(shù)，則為負(fù)下溢。正下溢和負(fù)下溢都作為0處理。

要注意的是，浮點(diǎn)數(shù)的表示范圍和補(bǔ)碼表示的定點(diǎn)數(shù)的表示范圍是有所不同的，定點(diǎn)數(shù)的表示范圍是連續(xù)的，而浮點(diǎn)數(shù)的表示范圍可能是不連續(xù)的

2．簡(jiǎn)述主存儲(chǔ)器中動(dòng)態(tài)和靜態(tài)存儲(chǔ)器的異同。

答：答：一致點(diǎn)是兩者都是隨機(jī)存儲(chǔ)器，在掉電的狀況兩者存儲(chǔ)的信息都將馬上丟失。不同點(diǎn)是兩者相比，動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器單片容量大，封裝尺寸小，價(jià)格低廉，功耗小。

3．指令和數(shù)據(jù)均以二進(jìn)制代碼形式放在主存中，請(qǐng)問CPU如何區(qū)別它們是指令還是數(shù)據(jù)？

答：CPU是根據(jù)操作碼和地址碼來區(qū)別指令和數(shù)據(jù)的，若有操作碼存在，那么這一定是一條指令，而地址碼是指令的組成部分，它用來描述該指令的操作對(duì)象，或者直接給出操作數(shù)或者指出操作數(shù)的存儲(chǔ)器地址或寄放器地址。

4．簡(jiǎn)述微程序與硬布線控制的計(jì)算機(jī)異同。

答：答：微程序與硬布線控制的計(jì)算機(jī)，除了操作控制信號(hào)的形成方法和原理有區(qū)別外，其余的組成部分沒有本質(zhì)上的區(qū)別。兩者間的最顯著差異可歸結(jié)兩點(diǎn)：1、在實(shí)現(xiàn)方面，微程序控制器的控制功能是在存放微程序的控制器和存放當(dāng)前正在執(zhí)行的微指令的寄放器直接控制下實(shí)現(xiàn)的，而硬布線則由規(guī)律門組合實(shí)現(xiàn)。前者易修改，且修改時(shí)不需要更換硬件，而后者由于是物理性控制，在修改時(shí)就必需改變或更換硬件。2、在性能方面，在同樣的半導(dǎo)體工藝條件下，微程序控制的速度比硬布線控制的速度低。

5．簡(jiǎn)述補(bǔ)碼運(yùn)算與原碼運(yùn)算的不同。

答：答：不同點(diǎn)有原碼運(yùn)算結(jié)果仍為原碼，補(bǔ)碼運(yùn)算結(jié)果仍為補(bǔ)碼；進(jìn)行原碼運(yùn)算時(shí)，進(jìn)行加減法運(yùn)算比較繁雜。例如，當(dāng)兩數(shù)相加時(shí)，先要判斷兩數(shù)的符號(hào)，假使兩數(shù)是同號(hào)，則相加；兩數(shù)是異號(hào)，則相減速。而進(jìn)行減法運(yùn)算又要先比較兩數(shù)絕對(duì)值的大小，再用大絕對(duì)值減去小絕對(duì)值，最終還要確定運(yùn)算結(jié)果的正負(fù)號(hào)，而采用補(bǔ)碼運(yùn)算時(shí)，由于符號(hào)位與數(shù)值一樣參與運(yùn)算，所以不必像原碼運(yùn)算那樣對(duì)兩數(shù)的大小、符號(hào)作比較，從而使運(yùn)算更簡(jiǎn)單。

6．簡(jiǎn)述激光打印機(jī)工作原理

答：答：工作原理為:激光打印機(jī)加電后，微處理器執(zhí)行內(nèi)部程序，檢查各部分狀態(tài)。各部分檢測(cè)正常后，系統(tǒng)就緒，此時(shí)可接收打印作業(yè)。微機(jī)傳送的打印作業(yè)經(jīng)接口規(guī)律電路處理，送給微處理器。微處理器控制各組件協(xié)調(diào)運(yùn)行，此時(shí)高壓電路發(fā)生器產(chǎn)生靜電對(duì)硒鼓表面進(jìn)行均勻充電，加熱定影工作組件開始工作。經(jīng)微處理器調(diào)制的激光發(fā)生器，其發(fā)出的激光束帶有字符信息，并通過掃描馬達(dá)和光學(xué)組件對(duì)均勻轉(zhuǎn)動(dòng)的硒鼓表面進(jìn)行逐行掃描;因硒鼓為光電器件，不含字符信息的激光照射到硒鼓表面后，硒鼓表面的硒材料因見光而導(dǎo)電，原先附著的靜電因硒材料導(dǎo)電而消失，從而形成由字符信息組成的靜電潛像;這樣的靜電潛像利用靜電作用將顯影輥上的炭粉吸附在硒鼓表面，從而在硒鼓表面形成由炭粉組成的反面字符圖形。當(dāng)打印紙快貼近硒鼓時(shí)被充上高壓靜電，打印紙上的靜電電壓高過硒鼓上的靜電電壓，當(dāng)打印紙與硒鼓貼近時(shí)，同樣利用