第2章计算机组成原理

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计算机组成原理第二章(第三讲)

[例16] 参见图2.6，已知两个不带符号的二进制整数A ＝ 11011，B ＝ 10101，求每一部分乘积项aibj 的值与p9p8……p0的值。请同学们自己完成。
本讲总结
1. 溢出及其检测方法 2.基本的二进制加/减法器（难点，熟练掌握）
理解并熟练掌握图2.3
3.十进制加法器 4.原码并行乘法（难点，掌握）理解并掌握图2.6
[ｘ]补＝0.1011 ， [ｘ ]补＋ [ｙ ]补
[ ｘ＋ｙ] 补
无进位
[ｙ]补＝0.1001 0.1011 0.1001 1.0100
有进位
两正数相加，结果为负，显然错误。
－－运算中出现了“上溢”
[又例] ｘ＝＋0.1011, ｙ＝＋0.0010，求ｘ＋ｙ。
[解:]
[ｘ]补＝0.1011 ， [ｘ]补＋ [ｙ]补无进位
计算机组成原理
3
2.2.3 溢出概念与检验方法
两个正数相加，结果为负（即：大于机器
所能表示的最大正数），称为上溢。两个负数相加，结果为正（即：小于机器所能表示的最小负数)，称为下溢。运算出现溢出，结果就是错误的。
[例12] ｘ＝＋0.1011, ｙ＝＋0.1001，求ｘ＋ｙ。
[解:]
计算机组成原理?第一章计算机系统概论?第二章运算方法和运算器?第三章存储系统?第四章指令系统?第五章中央处理器?第六章总线系统?第七章外围设备?第八章输入输出系统?第九章并行组织目录计算机组成原理3?上一讲回顾1
计算机组成原理
目录
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第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章
现在我们计算一个n位的行波进位加法器的时间延迟。假如采用图2.3(a)所示的一位全加器并考虑溢出检测，那么n 位行波进位加法器的延迟时间ta为 ta＝n·2T＋9T＝(2n＋9)T (2.24) 9T为最低位上的两极“异或”门再加正溢出“异或”门的总时间，2T为每级进位链的延迟时间。当不考虑溢出检测时，有 ta＝(n-1)·2T＋9T (2.25) ta意味着加法器的输入端输入加数和被加数后，在最坏情况下加法器输出端得到稳定的求和输出所需的最长时间。显然这个时间越小越好。注意，加数、被加数、进位与和数都是用电平来表示的，因此，所谓稳定的求和输出，就是指稳定的电平输出。

计算机组成原理第2章

《计算机组成原理与实验》冶金工业出版社
计算机组成原理——第 2章
原码、反码与补码
• 例2：已知[x]补=11101110，求[-x]补、[x]反、[x]原及真值x。解：[-x]补=00010010 （[x]补取反加1） [x]反=11101101 （[x]补减1） [x]原=10010010 （[x]原低7位取反）真值x=-0010010B=-12H=-18D
《计算机组成原理与实验》冶金工业出版社
计算机组成原理——第 2章
补码表示法
• 对定点整数，补码的定义是： X [X]补= 2n > x 0 （mod 2n+1）
2n+1+x=2n+1-|x|
0 > x -2n
《计算机组成原理与实验》冶金工业出版社
计算机组成原理——第 2章
补码表示法
• 利用补码可以将减法运算变成加法运算来实现。但是根据补码定义，求负数的补码要从2减去|X|。为了用加法代替减法，结果还得在求补码时作一次减法，这显然是不方便的。可以利用反码的方式解决负数的求补问题。 • 另一方面，利用补码实现减法运算，可以和常规的加法运算使用用一加法器电路，从而简化了计算机的设计。
移码表示法
• 移码的定义：[X]移=2n +X （-2n = <x< 2n）n为阶码数值位 (除符号位)
• 移码的计算：先求出X的补码，再对其符号位取反或直接利用定义计算。
《计算机组成原理与实验》冶金工业出版社
计算机组成原理——第 2章
移码的特点
（1）在移码中，最高位为“0”表示负数，最高位为“1”表示正数。（2）移码为全0时，它所对应的真值最小，为全1时，它所对应的真值最大。因此，移码的大小比较直观地反映了真值的大小，这有助于比较两个浮点数阶码的大小。（ 3 ）真值 0 在移码中的表示形式是唯一的，即 [+0] 移 =[-0] 移 = 100…0。（4）移码把真值映射到一个正数域，所以可将移码视为无符号数，直接按无符号数规则比较大小。（5）同一数值的移码和补码除最高位相反外，其他各位相同。

计算机组成原理课件第2章课件

压力测试
通过长时间运行高负载任务来测试计算机的稳定性和可靠性。
温度和散热测试
测试计算机在高温环境下的稳定性和散热性能。
计算机性能优化
01
02
03
04
硬件优化
通过升级硬件配置，如更快的处理器、更大的内存和存储空间等，提高计算机性能。
软件优化
通过优化软件算法、操作系统和应用程序等，提高计算机性能。
计算机安全重要性
随着计算机技术的快速发展，计算机安全问题日益突出，保护计算机安全对于保障国家安全、社会稳定和经济发展具有重要意义。
计算机安全威胁
计算机安全面临的威胁包括病毒、木马、黑客攻击、网络钓鱼、拒绝服务攻击等，这些威胁可能导致数据泄露、系统瘫痪、经济损失等严重后果。
计算机安全技术
防火墙技术
感谢您的观看
THANKS
Excel
电子表格软件，用于数据处理、图表制作和数据分析。
应用软件
PowerPoint
演示文稿软件，用于制作幻灯片、演示文稿和会议报告等。
图像处理软件
用于处理和编辑图像，如 Photoshop等。
图像裁剪
对图像进行裁剪，保留需要的部分。
应用软件
色彩调整
调整图像的色彩、亮度和对比度等参数。
数据库管理系统
用于管理大量数据，提供数据存储、检索、更新和保护功能。
系统软件
数据模型
定义数据的组织方式和数据之间的关系。
数据操作语言
用于执行数据的插入、删除、更新和检索等操作。
数据控制语言
用于控制对数据的访问权限和数据的安全性。
应用软件
Word
文本编辑软件，用于撰写文档、排版和打印。

(完整版)计算机组成原理第2章例题及参考答案

第二章数码系统例题及答案例题1写出下列各数的原码、反码、补码、移码（用二进制数表示）。

（1）－35/64 （2）23/128 （3）－127（4）用小数表示－1 （5）用整数表示－1 （6）用整数表示－128解：－1在定点小数中原码和反码表示不出来，但补码可以表示，－1在定点整数中华表示最大的负数，－128在定点整数表示中原码和反码表示不出来，但补码可以。

例题2设机器字长为16位，分别用定点小数和定点整数表示，分析其原码和补码的表示范围。

解：（1）定点小数表示最小负数最大负数0 最小正数最大正数二进制原码 1.111...111 1.000...001 0.000...001 0.111 (111)十进制真值- (1-215) -2152－151-2-15原码表示的范围：- (1-215) ～1-2-15二进制补码 1.000...000 1.111...111 0.000...001 0.111 (111)十进制真值-1 -2152－151-2-15原码表示的范围：- 1 ～1-2-15（2）定点整数表示最小负数最大负数0 最小正数最大正数二进制原码1111...111 1000...001 0000...001 0111 (111)十进制真值- (215－1) -1 ＋1 215－1原码表示的范围：- (215－1) ～215－1 [-32767 ~ +32767]二进制补码1000...0001111...111 0000...001 0111 (111)十进制真值-1 +1 215-1原码表示的范围：- 215～215-1 [-32768 ~ +32767]一、选择题1．下列数中最小的数为（）。

A．(101001)2B．(52)8C．(101001)BCD D．(233)162．下列数中最大的数为（）。

A．(10010101)2B．(227)8C．(96)16D．(143)53．在机器数中，（）的零的表示形式是惟一的。

第二章计算机组成原理

部频率越高，CPU的处理速度就越快。例如： P4 3.4GHz，800MHz外频(FSB)
时钟频率的发展：
400MHZ---533MHZ---800MHZ，即将达到1066MHZ [单选]用MHz来衡量计算机的性能，它指的是计算机__________。
ACM 图灵奖
1966年由ACM（美国计算机学会）创建，该奖有计算机界的诺贝尔奖之称。
IEEE 计算机先驱奖
1980年由IEEE-CS(美国电气与电子工程师学会-计算机学会)创建，是世界范围内计算机科学技术领域另一个最重要的奖项，和图灵奖是互为补充的。
计算机的诞生与发展
对计算机的诞生发展做出重大贡献的两个人：
(a) NEC SX-6/64MB巨型计算机外形
(b) 全球气温分布与变化趋势图
计算机的分类
大型计算机（Mainframe）
运算速度快、存储容量大、通信联网功能完善、可靠性高、安全性好、有丰富的系统软件和应用软件的计算机， CPU 通常有 4 、 8、16、32个甚至更多处理器。

功能：为企业或政府的数据提供集中的存储、管理和处理，作为主服务器（企业级服务器），在信息系统中起着核心作用。
内存储器
控制器CU RAM
外部存储器－－硬盘、软盘、光盘、磁带
外设
输入设备－－键盘、鼠标器、扫描仪输出设备－－显示器、打印机、绘图仪其他设备－－调制解调器
计算机的组成
台式机
PC机的物理组成
机箱、显示器、键盘、鼠标器等
机箱内包含:
主板、硬盘、软驱、光驱、
电源、风扇等
主板上安装
CPU、芯片组、内存条、
第二章
计算机组成原理

计算机组成原理第四版第二章

[x]补=0.1001, [y]补=0.0101 [x]补 0. 1 0 0 1
+ [y]补 0. 0 1 0 1 [x+y]补 0. 1 1 1 0
所以x+y=+0.1110
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第二章运算方法和运算器
B 补码减法
➢ 公式：
[x-y]补=[x]补-[y]补=[x]补+[-y]补
➢ 举例
已知 x=+0.1101 ， y=+0.0110，求x-y。解： [x]补=0.1101 [y]补=0.0110 ，[-y]补=1.1010 [x]补 0. 1 1 0 1 + [-y]补 1. 1 0 1 0 [x-y]补 1 0. 0 1 1 1
最大正数，称为“上溢” 或“正溢出”
两个负数相加，结果小于机器所能表示的最
小负数，称为“下溢” 或“负溢出”
判断方法
举例说明
Back
第二章运算方法和运算器
溢出检测方法常用以下两种方法：
1.采用双符号位（变形补码）判断方法：
变形补码： “00”表示正数、“11”表负数，两符号位同时参加运算，运算结果符号出现01或10表明溢出。
发生溢出；而在浮点运算时，运算结果超出尾数的表示范围却并不一定溢出，只有当阶码也超出所能表示的范围时，才发生溢出。
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3.十进制数串的表示方法
➢ 目前,大多数通用性较强的计算机都能直接处理十进制形式表示的数据。十进制数串在计算机内主要有两种表示形式：
➢ 1.字符串形式 ➢ 2.压缩的十进制数串形式
➢ 计算机采用定点数表示时，对于既有整数又有小数的原始数据，需要设定一个比例因子，数据按其缩小成定点小数或扩大成定点整数再参加运算，运算结果，根据比例因子，还原成实际数值。若比例因子选择不当，往往会使运算结果产生溢出或降低数据的有效精度。

计算机组成原理第02章计算机中的信息表示

2.1 数值型数据的表示方法
2.1.2 带符号数的表示 2. 补码表示法 ⑴ 补码定义 ·通式 [X]补=M+X (mod M) 数X对模M 的补数称作其补码 X>0，作为正常溢出量可以舍去。若X>0，则模 M 作为正常溢出量可以舍去。因而正数的补码就是其本身，因而正数的补码就是其本身，形式上与原码相同。相同。
2.1 数值型数据的表示方法
2.1.3 数的定点表示与浮点表示 2. 浮点表示法浮点数格式(原理性) ⑴ 浮点数格式(原理性) N =±RE×M 其中：其中： N ：真值 RE ：比例因子 E ：阶码 R ：阶码的底 M ：尾数一般采取规格化的约定一般采取规格化规格化的约定
Ef Em
…
E2 E1 Mf M1 M2
2.1 数值型数据的表示方法
2.1.3 数的定点表示与浮点表示 ⑵ 带符号定点整数设代码序列为： ……X 设代码序列为：XnXn-1……X1X0 ，Xn为符号位
原码典型值真值最大正数非零最小正数
2n-1 1
补码真值
2n-1 1 -2n -1
代码序列
01…… ……11 …… 00…… ……01 ……
第2章计算机中的信息表示
重点：定点、浮点数的表示；重点：定点、浮点数的表示；操作码扩展技术；指令系统的设计难点：浮点数的IEEE754格式表示，难点：浮点数的IEEE754格式表示，定点和 IEEE754格式表示浮点数的表示范围，浮点数的规格化问题，浮点数的表示范围，浮点数的规格化问题，操作码扩展技术，指令系统的设计操作码扩展技术，
2.1 数值型数据的表示方法
2.1.2 带符号数的表示 3. 反码表示法若定点小数的反码序列为X ·若定点小数的反码序列为X0.X1X2……Xn,则 X X 1>X≥0 [X]反= 0>X≥2-2-n+X 0>X≥-1 若定点整数的反码序列为X ·若定点整数的反码序列为XnXn-1……X1X0,则 X X 2n>X≥0 [X]反= 0>X≥2n+1-1+X 0>X≥-2n

第二章计算机组成原理考点

第 2 章计算机组成原理★考核知识要点、重点、难点精解★考点 1 * ：计算机硬件的组成及其功能计算机硬件主要包括中央处理器（CPU ）、内存储器、外存储器、输入设备和输出设备等，它们通过系统总线互相连接1. 输入设备（1）输入设备的概念用来向计算机输入信息的设备通称为“输入设备”。

（2）输入设备的分类输入设备有多种，例如，数字和文字输入设各（键盘、写字板等），位置和命令输入设备（鼠标器、触摸屏等），图形输入设备（扫描仪，数码相机等），声音输入设各（麦克风、MIDI 演奏器等），视频输入设备（摄像机），温度、压力输入设备．（温度、压力传感器）等。

注意：输入到计算机中的信息都使用二进位（“0”和“ 1 " ）来表示。

2 中央处理器（CPU）负责对输入信息进行各种处理（例如计算、排序、分类、检索等）的部件称为“处理器”。

注意：一台计算机中往往有多个处理器，它们各有其不同的任务，有的用于绘图，有的用于通信．其中承担系统软件和应用软件运行任务的处理器称为“中央处理器（CPU），它是任何一台计算机必不可少的核心组成部件。

3 ．内存储器( l ) 内存储器的概念计算机的一个重要特性是它具有强大的“记忆”功能，能够把程序和数据（包括原始数据、中间运算结果与最终结果等）储存起来，具有这种功能的部件就是“存储器”。

( 2 ) 内存的工作原理内存是存取速度快而容量相对较小（因成本较高）的一类存储器。

内存储器直接与CPU 相连接，是计算机中的工作存储器，它用来存放正在运行的程序和需要立即处理的数据。

CPU 工作时，它所执行的指令及处理的数据都是从内存中取出的，产生的结果也存放在内存中。

4 ．外存储器外存则是存取速度较慢而容量相对很大的一类存储器。

外存储器也称为辅助存储器，其存储容量很大，它能长期存放计算机系统中几乎所有的信息。

计算机执行程序时，外存中的程序及相关的数据必须先传送到内存，然后才能被CPU 使用。

经典：计算机组成原理-第2章-运算方法和运算器

1加法器的流水线时钟周期至少为90ns10ns100ns如果采用同样的逻辑电路但不是流水线方式则浮点加法所需的时间为300ns因此4级流水线加法器的加速比为30010032当每个过程段的时间都是75ns时加速比为300754例30已知计算一维向量xy的求和表达式如下
第二章：运算方法和运算器
2．1 数据与文字的表示方法 2．2 定点加法、减法运算 2．3 定点乘法运算 2．4 定点除法运算 2．5 定点运算器的组成 2．6 浮点运算方法和浮点运算器
其中尾数域所表示的值是1.M。因为规格化的浮点数的尾数域最
左位（最高有效位）总是1。故这一位经常不予存储，而认为隐藏
在小数点的左边。
64位的浮点数中符号位1位，阶码域11位，尾数域52位，指数偏
移值是1023。因此规格化的64位浮点数x的真值为：
x=(－1)s ×(1.M) × 2E－1023 e=E－1023
[X]反=1.x1x2...xn 对于0，有[+0]反=[-0]反之分：
[+0]反=0.00...0
[-0]反=1.11...1
我们比较反码与补码的公式
[X]反=2-2-n+X
[X]补=2+X
可得到 [X]补=[X]反+2-n
8
若要一个负数变补码，其方法是符号位置1，其余各位0变1，1变 0，然后在最末位（2-n）上加1。
10100.10011=1.010010011*24 e=4 于是得到：S=0,E=4+127=131=10000011, M=010010011 最后得到32位浮点数的二进制存储格式为： 0100 0001 1010 0100 1100 0000 0000 0000=（41A4C000）164

第二章计算机组成原理知识点

第二章计算机组成原理2.1计算机的组成与分类2.1.1计算机的发展与作用作用：①速度快，通用性强②具有多种多样的信息处理能力，不仅能进行复杂的数学运算，而且能对图像，文字和声音等多种形式的信息进行获取，编辑，转换，存储，展现等处理③信息存储容量大，存取速度高④具有互联，互通和互操作的特性，计算机网络不仅能进行信息的交流与共享，还可借助网络上的其他计算机协同完成复杂的信息处理任务。

2.1.2 计算机的逻辑组成计算机系统由硬件和软件两部分组成。

硬件是计算机系统中所有实际物理装置的总称。

软件是指计算机中运行的各种程序及其处理的数据和相关的文档。

CPU，内存存储器，总线等构成计算机的“主机”输入/输出设备和外存储器称为“外设”承担系统软件和应用软件运行任务的处理器称为“中央处理器”使用多个CPU实现超高速计算的技术称为“并行处理”总线是用于在CPU，内存，外存和各种输入输出设备之间传输信息并协调它们工作的一种部件（含传输线和控制电路）计算机系统中的I/O设备一般都通过I/O接口与各自的控制器连接，然后由控制器与I/O总线相连2.1.3计算机的分类巨型机，大型机，服务器，个人计算机，嵌入式计算机微处理器（µP或MP），通常指使用单片大规模集成电路制成的，具有运算和控制功能的部件SOC：单个集成电路芯片中包含微处理器，存储器，输入/输出控制与接口电路，电子系统模拟电路，数字/模拟混合电路和无线通信使用的射频电路2.2 CPU的结构与原理2.2.1 CPU的作用与组成匈牙利数学家冯·诺依曼的“存储程序控制”原理CPU的根本任务是执行指令CPU的组成：寄存器组（用来临时存放参加运算的数据和运算得到的中间结果），运算器：也称算术逻辑部件（ALU），控制器：指令计数器（用来存放CPU正在执行的指令的地址）和指令寄存器（用来保存当前正在执行的指令）2.2.2 指令与指令系统指令是构成程序对的基本单位，采用二进制表示，指令由操作码和操作数地址组成，CPU所能执行的全部指令称为指令系统2.2.3 CPU的性能指标字长，主频，CPU总线速度，高速缓存的容量与结构，指令系统，逻辑结构，内核个数 TFLOPS（万亿条浮点指令/秒）MIPS（百万条定点指令/秒），MFLOPS（百万条浮点指令/秒）2.3 PC主机的组成2.3.1 主板，芯片组与BIOSCPU芯片和内存条分别通过主板上的CPU插座和存储器插槽安装在主板上，PC机常用外围设备通过扩充卡或I/O接口与主板相连，扩充卡借助卡上的印刷插头插在主板上的PCI总线插槽中主板上还有两块特别有用的集成电路：一块是闪烁存储我，其中存放的是BIOS，它是PC机软件中最基础的部分，没有它机器就无法启动，另一个集成电路芯片是CMOS存储器，其中存放者与计算机系统相关的一些参数（称为配置信息），包括当前的日期和时间，开机口令，已安装的光驱和硬盘的个数及类型等，CMOS 芯片是一种易失性存储器，它由主板上的电池供电，即使计算机关机后它也不会丢失所存储的信息芯片组由北桥芯片（MCH）和南桥芯片（ICH）组成，CPU时钟信号由芯片组提供芯片组还决定了主板上所能安装的内存最大容量，速度及可使用的内存条的类型每次机器加电时，CPU首先执行BIOS程序，它具有诊断计算机故障和加载操作系统并启动其运行的功能BIOS:加电自检程序，引导装入程序，CMOS设置程序，基本外围设备的驱动程序内存储器由称为存储器芯片的半导体集成电路组成，RAM目前多采用MOS型半导体集成电路芯片制成DRAM:电路简单，集成度高，功耗小，成本低SRAM:电路复杂，集成度低，功耗大，成本高每个存储单元都有一个地址，CPU按地址对存储器进行访问存储器的存取时间指的是从CPU给出存储器地址开始到存储器读出数据并送回到CPU所需要的时间解决主存速度慢的方法是：①采用cache存储器②改进存储器芯片的电路与工艺，并对DRAM的存储控制技术进行改进2.3.3 I/O总线与I/O接口CPU芯片与北桥芯片相互连接总线称为CPU总线（前端总线FSB），I/O设备控制器与CPU，存储器之间相互交换信息，传输数据的一组公用信号线称为I/O总线，总线上有三类信号：数据信号，地址信号和控制信号总线带宽（MB/S）=(数据线宽度/8)X总线工作频率（MHZ）X每个总线周期的传输次数PCI-E是PC机I/O总线的一种新标准，采用高速串行传输USB电源（5V,100mA～500Ma） USB3.0的电流是1A2.4常用输入设备扫描仪的性能指标：①扫描仪的光学分辨率：普通家用扫描仪分辨率在1600～3200dpi②色彩位数③扫描幅面④与主机的接口2.5 常用输出设备显示器的刷新频率越高，图像的稳定性越好，响应时间越小越好。

计算机组成原理-2

每位取反，末位加 1 [y]补连同符号位在内，
y = （0. y1 y2 … yn + 2-n）即得[ --y]补 y = 0. y1 y2 … yn + 2-n
14:00:32
[ y]补 = 0. y1 y2 … yn + 2-n
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2. 1. 1 定点数的表示—反码
3 反码
– 原码求补码或由补码求原码的中间过渡。 – 对亍正数，反码不原码和补码相同
5 -2 3
顺时针
可见 2 可用 + 10 代替
减法
14:00:32
5 + 10 15 - 12 3
时钟以 12为模
加法
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2. 1. 1 定点数的表示—补码
称 + 10 是 – 2 以 12 为模的补数
记作类似结论： 1. 两个互为补数的数，它们绝对值之和即为模数。 2. 一个负数加上 “模” 即得该负数的补数。 3. 正数的补数即为其本身。
如
x = +1010
[x]补 = 0,1010
用逗号将符号位和数值位隔开
14:00:32
= 100000000 1011000 1,0101000
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2. 1. 1 定点数的表示—补码
x 小数
如
1＞x ≥0 0＞x ≥ 1（mod 2）
[x]补 =
2+x
x = + 0.1110 [x]补 = 0.1110
14:00:32
零(0)的原码表示有两个：正零和负零
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2. 1. 1 定点数的表示--原码
原码形式的n位定点整数的表示范围是： (2n–1–1) ～+(2n–1–1) 例如，8位定点整数的表示范围是: (27–1) ～ +(27–1)，即:–127～+127； 16位定点整数的表示范围是: –(215–1) ～ +(215–1)，即:–32767～+32767 原码表示的n位定点小数的表示范围是: – (1–2–(n–1) ) ～ + (1–2–(n–1) ) 。

计算机组成原理第2章课件

位权法：把各非十进制数按权展开求和转换公式：(N)R =an-1×Rn-1 + an-2×Rn-2 + ... +
a1×R1 + a0×R0 + a-1×R-1 + ...
示例：
694＝6×102＋9×101＋4×100
(1011.11) 2 =1×23+0×22+1×21 +1×20 +1×2-1+ 1×2-2
十六进制数转换成二进制数：
只要将每一位十六进制数转换成相应的4位二进制数，依次连接起来即可。
二进制与十六进制转换举例
例1：把二进制数 11010011111.01111 转换为十六进制数
（0110 1001 1111. 0111 1000）2
（6
9
F.
7
8）16
例2：把十六进制数 C2.A8 转换为二进制数（ C 2 . A 8 ）16
十进制数
R进制数
整数部分－采用除基取余法，即逐次
除以基数R，直至商为0，得出的余数倒排，即为R进制各位的数码。
小数部分－采用乘基取整法，即逐次
乘以基数R ，从每次乘积的整数部分得到R进制数各位的数码。

例：185.8125＝？B
整数、小数部分分别转换
185 余数 2 9 2 ………1 （185）10 = （? ）2 2 4 6 ………0 2 2 3 ………0 2 1 1 ………1 （185）10 =（10111001）2 2 5 ………1 2 2 ………1 2 1 ………0 0 ……… 1
2
185.8125＝？B
0.8125 2 × 1.6250 … 1 0.6250 × 2 1.2500… 1 0. 2500 × 2 0. 5000… 0 0. 5000 × 2 1. 0000… 1 整数

计算机组成原理(白中英)第2章

原码表示 1111 1111 1000 0001
反码表示
补码表示
移码表示
1000 0000 1000 0001 0000 0001 1111 1110 1111 1111 0111 1111
0000 0000 0000 0000 0000 0000 1000 0000 1000 0000 1111 1111
实际机器中保存时并不保存小数点
定点小数： [x]补＝
定点整数： [x]补＝
x 2+x = 2 - |x| x 2n+1+x = 2n+1-|x|
（mod 2）
（mod 2n+1）
举例： x为n+1位 [+0.110 ] 补＝ 0.110
[+110]补＝ 0110
[-0.110] 补＝ 10 + (-0.110) = 1.010
按编码不同又可分为原码、反码、补码、移码……
2013年7月26日星期五 5
2.1 数据与文字的表示方法
2.1.1 数据格式
2.1.2 数的机器码表示
2.1.1 数据格式
2.1.3 字符与字符串的表示方法
2.1.4 汉字的表示方法
2.1.5 校验码
2013年7月26日星期五 6
2.1.1 数据格式——定点数
由[-X]补求[X]补，此规则同样适用。
2013年7月26日星期五
20
3、移码表示法
移码通常用于表示浮点数的阶码
xnxn-1xn-2……x1x0
4位补码与移码真值 -8 补码 1000 1001 1010 移码 0000 0001 0010
用定点整数形式的移码

第二章计算机组成原理——23教材

央
器
处
数据
理
器
启动完成
I/O 控制器 k 控制
I/O 设备 k
I/O操作中若干控制部件的作用
CPU
负责启动I/O操作
I/O控制器
负责在I/O操作期间对I/O设备进行全程控制
DMA控制器（Direct Memory Access）
DMA: 直接存储器访问负责实现I/O设备与主存储器之间的直接数据传输的控制
2.3 PC机的主机
2.3.1 主板、芯片组与BIOS 2.3.2 内存储器 2.3.3 I/O总线和I/O接口
PC机的物理组成
- 机箱、显示器、键盘、鼠标器等
台式
机
机箱内包含
- 主板、硬盘、软驱、光驱、电
源、风扇等
主板上安装
– CPU、芯片组、内存条、总线
插槽、I/O控制器、I/O端口、
机
显示器接口扬声器接口
箱
麦克风接口
背
板
电话线/MODEM接口
照
片
鼠标接口电源接口
打印机(并行)接口 (游戏)操纵杆接口
名称
串行口
并行口 (增强式) USB（1.1）
USB（2.0）
IEEE 1394a IEEE 1394b
SATA
数据传输方式
串行, 双向
并行, 双向
串行, 双向
串行, 双向
串行, 双向
I/O控制器
键盘、鼠标器等的I/O控制器较简单，集成在主板的芯片内；
音频、视频等设备的I/O控制器较复杂，制作成适配卡（扩充卡或控制卡），插在主板的PCI扩充槽内，如：显卡等。
I/O 操作过程

《大学计算机信息技术》课程分章复习题(第二部分)

江苏省《大学生信息技术教程》课程分章复习题(第二部分）第2章计算机组成原理1。

计算机系统中的I/O设备通过I/O端口与各自的控制器连接,然后由控制器与总线相连.常用的I/O端口有_______________.A。

并行口 B.串行口 C.视频口，USB口 D.以上全部2.下列关于I/O控制器的叙述正确的是_______________。

A.I/O设备通过I/O控制器接收CPU的输入/输出命令B.所有I/O设备都使用统一的I/O控制器C.I/O设备的驱动程序都存放在I/O控制器上的ROM中D.随着芯片组电路集成度的提高,越来越多的I/O控制器都从主板的芯片组中独立出来，制作成专用的扩充卡3。

USB接口是由Compag，IBM,Intel,Microsoft和NEC等公司共同开发的一种I/O接口.在下列有关USB接口的叙述中，错误的是_______________.A。

USB接口是一种串行接口,USB对应的中文为"通用串行总线”B。

USB2.0的数据传输速度比USB1。

1快得多C。

利用"USB集线器",一个USB接口最多只能连接63个设备B既可以连接硬盘，闪存等快速设备,也可以连接鼠标,打印机等慢速设备4.在目前的技术条件下,计算机使用的CRT显示器与LCD显示器相比具有_______________的优点。

A。

没有辐射危害 B。

功耗小 C.体积轻薄 D.价格较低5。

PC计算机中RAM的功能是_______________。

A。

存放可读写的程序和数据B.用于永久存放专用程序和数据C。

存放要求容量大速度慢的程序文件D。

存放要求容量大速度慢的数据文件6.一台PC机上总有多种不同的I/O接口,如串行口,并行口,USB接口等。

在下列I/O接口中，不能作为扫描仪和主机接口的是_______________.A.PS/2接口 B。

USB C。

1394(FireWire) D。

并行口7。

计算机组成原理第2章5-定点原码并行乘法运算

信息科学与工程学院2
第二章运算方法和运算器
n位乘n位积可能为2n位.乘积的最后是所有部分积之和，有n个数相加，而FA只有两个输入端，所以需要改造方法一：硬件实现方法(串行的“加法和移位”),硬件结构简单,速度太慢(已经淘汰). 方法二：阵列乘法器
信息科学与工程学院3
与工程学院7
第二章运算方法和运算器
时间延迟：
这种乘法器要实现 n 位 × n 位时，需要 n ( n-1) 个全加器和 2n 个“与” 门。该乘法器的总的乘法时间可以估算如下令Ta为“与门”的传输延迟时间,Tf为全加器(FA)的进位传输延迟时间,假定用2级“与非”逻辑来实现FA的进位链功能,那么就有：
第二章运算方法和运算器
不带符号的阵列乘法器
设有两个不带符号的二进制整数： A＝am－1…a1a0 B＝bn－1…b1b0 在二进制乘法中,被乘数A与乘数B相乘,产生m＋n位乘积P：
P=A×B＝pm＋n－1…p1p0 乘积P 的数值为：
信息科学与工程学院4
第二章运算方法和运算器
信息科学与工程学院8
第二章运算方法和运算器
带符号的阵列乘法器
阵列乘法器只能处理原码的乘法运算，但在计算机中数据经常采用补码表示，为实现补码乘法运算，就需要采用带符号的阵列乘法器。带符号的阵列乘法器可借助无符号的阵列乘法器加上求补电路实现。
算前求补+乘法器+算后求补
信息科学与工程学院9
第二章运算方法和运算器
在对2求补时，令A = an…a1a0是给定的(n + 1)位带符号的数，要求确定它的补码形式。进行求补的方法就是采用按位扫描技术,从数的最右端a0开始，由右向左进行扫描，直到找到第一个“1”。

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(多数)输出设备的共性：把计算机中的二进位信息转换成人可感知的形式(文字、符号、图形、声音等)
18
第2章计算机组成原理
(5) 总线(bus)与I/O接口
总线功能：

输入/输出
用于连接CPU、内存、外存和各种I/O设备并在它们之间传
输信息的一组共享的传输线及其控制电路
总线分类：

CPU总线（或前端总线）：用于连接CPU和内存的总线 I/O总线：连接内存和I/O设备（包括外存）的总线
memor y
总线(bus)
I/O设备通过I/O接口与各自的控制器连接，然后由控制器与I/O总线相连
控制器
控制器 I/O接口输入设备
控制器 I/O接口输出设备
控制器外存储器接口外存储器
storag e
与经典计算机结构相比的3个变化：

集中控制→分散控制
存储器→内存储器＋外存储器通过CPU通信→通过总线进行通信
第2章计算机组成原理
11
计算机硬件的逻辑结构 1
经典计算机的逻辑结构（冯.诺依曼计算机）
存储器
输入设备
运算器和控制器
输出设备
（注：逻辑结构意指概念上（即功能上）的结构）
12
第2章计算机组成原理
计算机硬件的逻辑结构 2
现代计算机的逻辑结构
CP U
中央处理器 (运算器及其控制) 内存储器
第2章计算机组成原理
第1代
第2代
第3代
第4代
20世纪70年代中期以来
9
2.1.2 计算机的逻辑组成
10
第2章计算机组成原理
计算机是一个复杂系统
计算机硬件是计算机系统中所有实际物理装置的总称
运算器控制器存储器输入设备输出设备操作系统数据库管理系统程序语言处理系统
计算机系统
计算机硬件系统软件计算机软件
研制单位：美国宾夕法尼亚大学用途：军事计算运算速度：5000次/秒体积价格：170平方米，30吨，140千瓦，40万美元
6
第2章计算机组成原理
计算机的分代(按使用的元器件)

第一代（约1946-1957）电子管计算机
● ● ●
速度：几十～几万次/秒内存：磁鼓，千字外设：磁带机器语言或汇编语言编程
独立使用或作为客户机(client)使用

嵌入式计算机
第2章计算机组成原理
21
什么是微处理器？
微处理器（μP ）是使用单片大规模集成电路制成的、
具有运算和控制功能的电子部件，例如:
Intel 4004
Intel 8086
Intel 奔腾4
Intel 酷睿2
μP是各种类型计算机的核心组成部分
操作数地址
指出该指令所操作(处理)的数据或者数据所在位置
26
第2章计算机组成原理
冯·诺依曼计算机的结构与原理
存储器中央处理器
输入设备
运算器和控制器
输出设备
(1) 计算机的工作由程序控制，程序是一个指令序列，指令是能被计算机理解和执行的操作命令；
(2) 程序(指令)和数据均以二进制编码表示，均存放在存储器中；
第2章计算机组成原理
(4) 输出设备
输出(output)的双重含义：
1.把信息送出计算机的过程; 2.从计算机输出的内容
输出设备(output devices)

功能：从计算机输出信息

输出设备有多种，例如:

显示器——输出文字、符号和图形打印机——打印文字、符号和图形扬声器——输出声音
④将指令的运算处理结果送回内存保存
28
第2章计算机组成原理
CPU的任务
CPU的具体任务是执行指令，按照指令的要求完
成对数据的运算和处理操作
存储数据和指令执行指令处理数据
存储器
指令，数据
中央处理器
处理结果
29
第2章计算机组成原理
CPU的组成及其与内存的关系
CPU主要由运算器、控制器和寄存器组3个部分组成 CPU的任务：取指令并完成指令所规定的操作
计算机软件是指在计算机中运行的各种程序及其处理的数据和相关的文档
应用软件文字处理通信 ··· 娱乐
计算机是一个复杂的系统

复杂性：硬件由数以亿计的元器件组成，软件由数以亿计的指令组成多样性：硬件与光、机、电、声等有关，软件与数学、逻辑···等有关层次性：分层(hierarchical) 结构
美国于20世纪50年代生产的 IBM704型采用电子管的第一代电子计算机
第一代电子计算机中使用的磁 ● 鼓存储器

第二代（约1957-1964）晶体管计算机
● ● ● ●
速度：几十万次/秒，
内存：磁芯，十万字
外设：磁盘高级语言编程
电子管晶体管
7
第2章计算机组成原理
计算机的分代(按使用的元器件)
8位/16位/32位/64位

单CPU/多CPU
···
按性能、用途和价格分类

巨型计算机 (supercomputer) 大型计算机小型计算机个人计算机 (personal computer)

作为服务器 (server)使用
台式机便携机（笔记本电脑）超级便携式计算机（上网本）

用于执行系统软件和应用软件的μP 称为“CPU” 目前几乎所有计算机的CPU使用的都是微处理器
除了用作CPU的通用微处理器之外，还有许多专用的微
处理器产品：绘图处理器、通信处理器等
22
第2章计算机组成原理
什么是嵌入式计算机？
把运算器、控制器、存储器、输入/输出控制、接口电路
全都集成在一块芯片上，这样的超大规模集成电路称为 “单片计算机”或“嵌入式计算机” 用途举例：内嵌在其他设备中作为信息处理的核心装置，例如
第2章计算机组成原理
13
(1) 输入设备
输入(input)的双重含义：
1.把信息送入计算机的过程; 2.向计算机输入的内容
输入设备(input devices)

功能：用来向计算机输入信息
输入设备有多种，例如:

键盘 —— 输入文字、符号和命令鼠标器——输入鼠标器移动的位置信息及按钮命令
1
第2章计算机组成原理
第2章计算机组成原理
2.1 计算机的组成与分类
2.2 CPU的结构与原理
2.3 PC主机的组成 2.4 常用输入设备 2.5 常用输出设备 2.6 外存储器
教学目的与要求
【掌握】
计算机的逻辑组成及工作原理 CPU的结构（作用、组成及其与内存的关系）主板的主要部件内存储器（层次结构、类型、主存储器）常用输入设备（扫描仪、数码相机）的作用、类型、性能指标等常用输出设备（显示器、打印机）的用途、类型、性能指标等硬盘存储器（组成、工作原理、性能指标）计算机的发展及分类 CPU的性能指标指令与指令系统（含义、格式、兼容性）芯片组的作用 I/O操作、I/O控制器、I/O总线及I/O接口 U盘和存储卡（性能、容量、接口、使用）光盘存储器（组成、分类、性能指标）
已经启动运行的程序和数据
存放待执行指令的地址
指令1 指令2
存放待执行的指令并进行译码
程序
指令地址指令
指令计数器指令寄存器
2.2.1 CPU的结构
25
第2章计算机组成原理
指令是什么？
指令就是命令，它用来规定CPU执行什么操作。指令是构
成程序的基本单位，程序是由一连串指令组成的
指令采用二进位表示，大多数情况下，指令由两个部分组
成：操作码
指出CPU应执行何种操作的一个命令词，例如加、减、乘、除、取数、存数等
I/O接口：

计算机系统中的I/O设备一般通过I/O接口与各自的控制器相
连，然后由控制器与I/O总线相连
19
第2章计算机组成原理
2.1.3 计算机的分类
20
第2章计算机组成原理
计算机的分类
按内部逻辑结构分类

2009年10月，我国国防科学技术大学研制成功天河1 号巨型计算机，它包含6144个通用处理器和5120个加速处理器，内存总容量98TB，峰值计算速度达 1206万亿次，Linpack实测速度为563.1万亿次/秒，在第34届全球超级计算机500强排名中跻身5强。

数码相机、MP3播放器、手机、计算机外围设备、汽车、机顶盒等
特点：功能固定、专用，软件固化在芯片上，通常不能改变大多应满足实时信息处理的要求以最低成本满足应用要求能适应恶劣工作环境
23
第2章计算机组成原理
2.2 CPU的结构与原理
2.2.1 CPU的结构 2.2.2 指令与指令系统 2.2.3 CPU的性能指标
【熟悉】
3
第2章计算机组成原理
2.1 计算机的组成与分类
计算机的发展
计算机的逻辑组成
计算机的分类
2.1.1 计算机的发展与作用
5
第2章计算机组成原理
计算机的发展
1946年研制成功第1台数字电子计算机
1946年ENIAC计算机公布
ENIAC（电子数字积分机与计算机）：
• • • •
第1～4代计算机的对比
代别年代 20世纪40年代中期～50年代末期 20世纪50年代中、后期～60 年代中期 20世纪60年代中期～70年代初期使用的元器件 CPU：电子管内存：磁鼓 CPU：晶体管内存：磁芯 CPU：SSI，MSI 内存：SSI，MSI 的半导体存储器 CPU：LSI、 VLSI 内存：LSI、 VLSI的半导体存储器使用的软件类型使用机器语言和汇编语言编写程序使用FORTRAN等高级程序设计语言操作系统、数据库管理系统等开始使用软件开发工具和平台、分布式计算、网络软件等开始广泛使用主要应用领域科学和工程计算开始广泛应用于数据处理领域在科学计算、数据处理、工业控制等领域得到广泛应用深入到各行各业，家庭和个人开始使用计算机

第2章计算机组成原理

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计算机组成原理第二章(第三讲)

计算机组成原理第2章

计算机组成原理课件第2章课件

(完整版)计算机组成原理第2章例题及参考答案

第二章计算机组成原理

计算机组成原理第四版第二章

计算机组成原理第02章计算机中的信息表示

第二章计算机组成原理考点

最新计算机组成原理课件第二章

经典：计算机组成原理-第2章-运算方法和运算器

第二章计算机组成原理知识点

计算机组成原理-2

计算机组成原理第2章课件

计算机组成原理(白中英)第2章

第二章计算机组成原理——23教材

《大学计算机信息技术》课程分章复习题(第二部分)

计算机组成原理第2章5-定点原码并行乘法运算

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