第2章 算术逻辑运算单元(ALU)

第2章8086微处理器及其系统教材习题解答1. 8086 CPU 由哪两部分构成，它们的主要功能是什么?在执行指令期间,EU 能直接访问存储器吗，为什么?【解】8086CPU由执行部件（EU）和总线接口部件（BIU）两部分组成。

执行部件由内部寄存器组、算术逻辑运算单元（ALU）与标志寄存器（FR）及内部控制逻辑等三部分组成。

寄存器用于存储操作数和中间结果；算术逻辑单元完成16位或8位算术逻辑运算，运算结果送上ALU内部数据总线，同时在标志寄存器中建立相应的标志；内部控制逻辑电路的主要功能是从指令队列缓冲器中取出指令，对指令进行译码，并产生各种控制信号，控制各部件的协同工作以完成指令的执行过程。

总线接口部件（BIU）负责CPU与存储器、I/O设备之间传送数据、地址、状态及控制信息。

每当EU部件要执行一条指令时，它就从指令队列头部取出指令，后续指令自动向前推进。

EU要花几个时钟周期执行指令，指令执行中若需要访问内存或I/O设备，EU就向BIU 申请总线周期，若BIU总线空闲，则立即响应，若BIU正在取一条指令，则待取指令操作完成后再响应EU的总线请求。

2. 8086CPU与传统的计算机相比在执行指令方面有什么不同？这样的设计思想有什么优点？【解】8086 CPU与传统的计算机相比增加了指令队列缓冲器，从而实现了执行部件（EU）与总线接口(BIU)部件的并行工作，因而提高了8086系统的效率。

3. 8086 CPU 中有哪些寄存器，各有什么用途？【解】8086共有8个16位的内部寄存器，分为两组：①通用数据寄存器。

四个通用数据寄存器AX、BX、CX、DX均可用作16位寄存器也可用作8位寄存器。

用作8位寄存器时分别记为AH、AL、BH、BL、CH、CL、DH、DL。

AX（AH、AL）累加器。

有些指令约定以AX（或AL）为源或目的寄存器。

实际上大多数情况下，8086的所有通用寄存器均可充当累加器。

BX（BH、BL）基址寄存器。

算术逻辑单元实验报告一、实验目的1、掌握运算器的工作原理。

2、验证运算器的功能。

二、实验原理算术逻辑单元的主要功能是对二进制数据进行定点算术运算、逻辑运算和各种移位操作。

算术运算包括定点加减乘除运算；逻辑运算主要有逻辑与、逻辑或、逻辑异或和逻辑非操作。

ALU通常有两个数据输入端A和B，一个数据输出端Y 以及标志位等。

三、实验要求1、实验设计目标设计一个16位算术逻辑单元，满足以下要求。

（1）16位算术逻辑单元能够进行下列运算：加法、减法、加1、减1、与、或、非和传送。

用3位运算操作码OP[2..0]进行运算，控制方式如下表所示。

(2)设立两个标志寄存器Z和C。

当复位信号reset为低电平时，将这两个标志寄存器清零。

当运算结束后，在时钟clk的上升沿改变标志寄存器Z和C的值。

运算结果改变标志寄存器C、Z的情况如下：加法、减法、加1、减1运算改变Z、C；与、或、非运算改变Z，C保不变；传送操作保持Z、C不变。

因此在运算结束Z、C需要两个D触发器保存。

(3)为了保存操作数A和B，设计两个16位寄存器A和B。

当寄存器选择信号sel=0时，如果允许写信号write=1.，则在诗中clk的上升沿将数据输入dinput送入A 寄存器；当寄存器选择信号sel=1时，如果允许写信号write=1.，则在诗中clk的上升沿将数据输入dinput送入B寄存器。

(4)算术逻辑单元用一个设计实体完成。

2.顶层设计实体的引脚要求（1）clk对应试验台上的时钟（单脉冲）。

（2）reset对应实验台上的CPU复位信号CPU-RST。

（3）数据输入dinput对应试验台开关SD15~SD0。

（4）允许写信号write对应试验台开关SA5.（5）OP[2..0]对应试验台开关SA2~SA0.（6）寄存器选择信号sel对应试验台开关SA4.（7）16为运算结果result对应实验台上的指示灯A15~A0.（8）Z、C标志位对应试验台上的Z、C指示灯。

主题：二进制计算机的主要逻辑元件一、概述二进制计算机是当今世界上最广泛使用的计算机系统。

它们采用二进制系统来表示和处理数据和指令。

在二进制计算机中，存在着一些主要的逻辑元件，它们在计算机的运行中起着至关重要的作用。

二、主要逻辑元件1. 逻辑门逻辑门是构成计算机的基本逻辑元件。

它们能够执行基本的逻辑运算，如与、或、非等。

常见的逻辑门有与门、或门、非门等。

在计算机中，逻辑门被组合成各种复杂的逻辑电路，用来实现各种功能。

2. 寄存器寄存器是一种用来存储数据的元件。

在计算机中，寄存器通常用来存储临时数据、位置区域或指令。

寄存器的大小通常是以位（bit）来表示的，如8位寄存器、16位寄存器等。

3. 存储器存储器是计算机中用来存储数据和指令的元件。

存储器分为内存和外存，内存通常指的是随机存取存储器（RAM），它用来存储正在运行的程序和数据；外存通常指的是磁盘或固态硬盘，它用来存储长期的数据和程序。

4. ALU（算术逻辑单元）ALU是计算机中用来执行算术和逻辑运算的部件。

它能够执行加、减、乘、除等算术运算，也能够执行与、或、非等逻辑运算。

5. 控制单元控制单元是计算机中用来控制指令执行顺序的部件。

它能够从存储器中取出指令，解码指令，并且控制各个部件的工作。

6. 时钟时钟是计算机中用来同步各个部件工作的部件。

它能够在一个固定的时间间隔内发出脉冲信号，使得各个部件按照统一的节拍工作。

7. 数据总线数据总线是计算机中用来传输数据的通道。

它能够同时传输多位数据，如8位、16位、32位等。

8. 位置区域总线位置区域总线是计算机中用来传输位置区域信息的通道。

它能够指示存储器中的特定位置。

9. 控制总线控制总线是计算机中用来传输控制信号的通道。

它能够传输各种控制信号，如读写信号、中断信号等。

三、总结二进制计算机中的主要逻辑元件包括逻辑门、寄存器、存储器、ALU、控制单元、时钟、数据总线、位置区域总线和控制总线。

它们共同构成了计算机的基本操作和功能。

浮点数的表示与运算一、选择1、在规格化浮点数运算中，若浮点数为25×1.10101，其中尾数为补码表示，则该数需将尾数左移一位规格化2、浮点数格式如下：1位阶符，6位阶码，1位数符，8位尾数。

若阶码用移码，尾数用补码表示，则浮点数所能表示数的范围是-263 ~（1-2-8）×2633、某浮点机，采用规格化浮点数表示，阶码用移码表示（最高位代表符号位），尾数用原码表示。

下列哪个数的表示不是规格化浮点数？（B ）阶码尾数A.11111111,1.1000 (00)B.0011111,1.0111 (01)C.1000001,0.1111 (01)D.0111111,0.1000 (10)4、设浮点数阶的基数为8，尾数用模4补码表示。

试指出下列浮点数中哪个是规格化数？（C ）A.11.111000B.00.000111C.11.101010D.11.1111015、按照IEEE654标准规定的32位浮点数（41A4C000）16对应的十进制数是（ D ）A.4.59375B.-20.59375C.-4.59375D.20.593756、如果某单精度浮点数、某原码、某补码、某移码的32位机器数为0xF0000000。

这些数从大到小的顺序是移>补>原>浮7、假定采用IEEE754标准中的单精度浮点数格式表示一个数为45100000H，则该数的值是（+1.125）10×2118、设浮点数共12位。

其中阶码含1位阶符共4位，以2为底，补码表示：尾数含1位数符共8位，补码表示，规格化。

则该浮点数所能表示的最大正数是27-19、如果浮点数的尾数用补码表示，则下列（D ）中的尾数是规格化数形式。

A. 1.11000B. 0.01110C. 0.01010D.1.0001010、设浮点数的基数为4，尾数用原码表示，则以下（C ）是规格化的数。

A. 1.001101B.0.001101C.1.011011D.0.00001011、已知X=00.875×21，Y=0.625×22，设浮点数格式为阶符1位，阶码2位，数符1位，尾数3位，通过补码求出Z=X-Y 的二进制浮点数规格化结果是0111 01112、IEEE754标准中的舍入模式可以用于二进制数也可以用于十进制数，在采用舍入到最接近且可表示的值时，若要舍入两个有效数字形式，（12.5）D应该舍入为1213、下列关于舍入的说法，正确的是（E ）A.不仅仅只有浮点数需要舍入，定点数在运算时也可能要舍入B. 在浮点数舍入中，只有左规格化时可能要舍入C. 在浮点数舍入中，只有右规格化时可能要舍入二、综合应用题1、什么是浮点数的溢出？什么情况下发生上溢出？什么情况下发生下溢出？2、现有一计算机字长32位（D31~D0），数符位是第31位。

计算机组成原理名词解释IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】一、名词解释：（第一章的名称解释是考试的重点）1.主机：由CPU、存储器与I/O接口合在一起构成的处理系统称为主机。

：中央处理器，是计算机的核心部件，由运算器和控制器构成。

3.运算器：计算机中完成运算功能的部件，由ALU和寄存器构成。

：算术逻辑运算单元，负责执行各种算术运算和逻辑运算。

5.外围设备：计算机的输入输出设备，包括输入设备，输出设备和外存储设备。

6.数据：编码形式的各种信息，在计算机中作为程序的操作对象。

7.指令：是一种经过编码的操作命令，它指定需要进行的操作，支配计算机中的信息传递以及主机与输入输出设备之间的信息传递，是构成计算机软件的基本元素。

8.透明：在计算机中，从某个角度看不到的特性称该特性是透明的。

9.位：计算机中的一个二进制数据代码，计算机中数据的最小表示单位。

10.字：数据运算和存储的单位，其位数取决于具体的计算机。

11.字节：衡量数据量以及存储容量的基本单位。

1字节等于8位二进制信息。

12.字长：一个数据字中包含的位数，反应了计算机并行计算的能力。

一般为8位、16位、32位或64位。

13.地址：给主存器中不同的存储位置指定的一个二进制编号。

14.存储器：计算机中存储程序和数据的部件，分为内存和外存。

15.总线：计算机中连接功能单元的公共线路，是一束信号线的集合，包括数据总线。

地址总线和控制总线。

16.硬件：由物理元器件构成的系统，计算机硬件是一个能够执行指令的设备。

17.软件：由程序构成的系统，分为系统软件和应用软件。

18.兼容：计算机部件的通用性。

19.软件兼容：一个计算机系统上的软件能在另一个计算机系统上运行，并得到相同的结果，则称这两个计算机系统是软件兼容的。

20.程序：完成某种功能的指令序列。

21.寄存器：是运算器中若干个临时存放数据的部件，由触发器构成，用于存储最频繁使用的数据。

微机原理与接口技术（楼顺天第二版）习题解答第2章8086CPU的结构与功能2.1答：微处理器内部结构由四部分组成：（1）算术逻辑运算单元ALU :完成所有的运算操作；（2）工作寄存器：暂存寻址信息和计算过程中的中间结果；（3）控制器：完成指令的读入、寄存和译码，并产生控制信号序列使ALU完成指定操作；（4 ）1/0控制逻辑：处理I/O操作。

2.2答：微处理器级总线有三类：（1 ）数据总线：传送信息；（2）地址总线：传送地址码；（3 ）控制总线传送控制信号。

2.3答：地址码只能由CPU生成。

而数据需要在CPU和存储器之间传输。

2.4答：8086CPU对存储器按20位地址编址，从00000H~FFFFFH ；I0端口按16位编址，从0000H~FFFFH。

为独立编址方式。

统一编址优点为存储器与I/O端口访问指令一致，寻址方式多，缺点是I/O端口地址占用了一定范围的存储器地址；独立编址的优点是存储器与I/O端口有各自的地址，缺点是需要有专门的指令，使得指令系统复杂。

2.5 8086CPU按内部功能可分为BIU和EU两部分。

BIU主要完成取指令、存储数据操作；EU的功能是执行指令规定的操作。

EU和BIU可以独立、并行执行，但相互之间会有协作。

当指令队列中还没有指令时，EU处于等待状态，当EU执行指令需要访问存储器或I/O端口时，BIU应尽快完成存取数据的操作。

2.6答：8086CPU内部有14个16位寄存器，其中8个通用寄存器（4数据寄存器AX、BX、CX、DX，4地址指针/变址寄存器SI、DI、SP、BP），4个段寄存器（CS、DS、ES、SS）, 2个控制寄存器（指令指针IP,微处理器状态字PSW）。

应该注意的是：可以在指令中用作为地址指针的寄存器有：SI、DI、BP和BX ;在微处理器状态字PSW中，一共设定了9个标志位，其中6个标志位用于反映ALU前一次操作的结果状态（CF，PF，AF，ZF，SF，OF ），另3个标志位用于控制CPU操作（DF，IF，TF ）。

第二章逻辑运算与ALU2. 1 逻辑运算1 逻辑非逻辑非也称求反。

对某数进行逻辑非运算，就是按位求它的反，常用变量上方加一横来表示。

一位二进制数的逻辑非运算规则为：设一个数x表示成：x = x0 x1x2 (x)n对x的逻辑非，则有：z = z0 z1z2… zn【例】ｘ1＝01001011,ｘ2＝11110000,求ｘ1，ｘ2的逻辑非[解:]逻辑非ｘ1＝10110100逻辑非ｘ2＝000011112 逻辑或对两个数进行逻辑或，就是按位求它们的“或”，所以逻辑或又称逻辑加，常用记号“V“或“+”来表示。

一位二进制数的逻辑加运算规则为：x = x0 x1x2…x ny = y0 y1y2…y n若xⅤy = z0 z1 z2 …z n则z i= x iⅤy i (i = 0，1，2，…，n) 【例】ｘ＝10100001,ｙ＝10011011, 求ｘ∨ｙ。

1 0 1 0 0 0 0 1 ｘ∨ 1 0 0 1 1 0 1 1 ｙ1 0 1 1 1 0 1 1 ｚ即ｘ∨ｙ＝ 101110113 逻辑与对两数进行逻辑与，就是按位求它们的“与”，所以逻辑与又称逻辑乘，常用记号“∧”或“·”来表示。

一位二进制数的逻辑乘规则为：x = x0 x1x2…x ny = y0 y1y2…y n则z i= x i∧y i (i = 0，1，2，…n)【例】ｘ＝10111001,ｙ＝11110011,求x∧ｙ。

1 0 1 1 1 0 0 1 ｘ∧ 1 1 1 1 0 0 1 1 ｙ1 0 1 1 0 0 0 1 ｚ即ｘ∧ｙ＝ 101100014 逻辑异或对两数进行逻辑异或就是按位求它们的模2和，所以逻辑异或又称按位加，常用记号“”来表示。

一位二进制数的逻辑异或运算规则为：x = x0x1x2…x ny = y0y1y2…y n若ｘ和ｙ的逻辑异为ｚ：ｘ⊕ｙ＝ｚ＝ｚ0ｚ1ｚ2…ｚn则ｚi＝ｘi⊕ｙi, (i＝0,1,2,…,n) 【例】ｘ＝10101011,ｙ＝11001100,求ｘ⊕ｙ。