考研南京大学计算机组成原理lecture07

作业名称计算机组成原理第（一）次作业出卷人SA作业总分100 通过分数60 起止时间2018-4-21 23:03:38至2018-4-21 23:18:52学员姓名17090410015 学员成绩100标准题总分100 标准题得分100题号:1 题型:单选题（请在以下几个选项中选择唯一正确答案）本题分数:2计算机系统结构是程序员看到的一个计算机系统的属性。

这里的程序员指的是设计和编写（）的程序员。

∙A、汇编语言∙B、操作系统∙C、数据分析软件∙D、文字处理软件学员答案：a说明：本题得分：2题号:2 题型:单选题（请在以下几个选项中选择唯一正确答案）本题分数:2假定一台计算机的主存储器最大可装机容量为4GB，按字节编址，则该存储器的MAR应为（）。

∙A、16位∙B、32位∙C、48位∙D、64位学员答案：b说明：本题得分：2题号:3 题型:单选题（请在以下几个选项中选择唯一正确答案）本题分数:2下面是有关反映计算机中存储器容量的计量单位的叙述，其中错误的是（）。

∙A、最小的计量单位为位（bit），表示一位“0”或“1”∙B、最基本的计量单位是字节（Byte），一个字节等于8bit∙C、一台计算机的编址单位、指令字长和数据字长都一样，且是字节的整数倍∙D、主存容量为1KB，其含义是主存中能存放1024个字节的二进制信息学员答案：c说明：本题得分：2题号:4 题型:单选题（请在以下几个选项中选择唯一正确答案）本题分数:2以下有关对微型计算机发展简史的描述中，错误的是（）。

∙A、70年代初，Intel公司制造了第一个4位微处理器芯片4004∙B、70年代初，Fairchild公司制作了第一个半导体存储芯片，容量为256位∙C、8080是世界上第一个8位通用微处理器∙D、IBM PC机采用8080作为微处理器，它的普及使个人电脑走向了家庭和办公室学员答案：d说明：本题得分：2题号:5 题型:单选题（请在以下几个选项中选择唯一正确答案）本题分数:2冯诺依曼结构规定计算机内部的信息采用（）方式表示。

计算机组成原理一, 计算机系统概述(一) 计算机开展历程第一台电子计算机ENIAC诞生于1946年美国宾夕法尼亚大学.ENIAC用了18000电子管,1500继电器,重30吨,占地170m2,耗电140kw,每秒计算5000次加法.冯•诺依曼(VanNeumann)首次提出存储程序概念,将数据和程序一起放在存储器,使编程更加方便.50年来,虽然对冯•诺依曼机进行很多改革,但结构变化不大,仍称冯•诺依曼机.一般把计算机的开展分为五个阶段:开展阶段时间硬件技术速度/(次/秒)第一代1946-1957 电子管计算机时代40 000第二代1958-1964 晶体管计算机时代200 000第三代1965-1971 中小规模集成电路计算机时代 1 000 000第四代1972-1977 大规模集成电路计算机时代10 000 000第五代1978-现在超大规模集成电路计算机时代100 000 000 ENIAC(Electronic Numerical Integrator And Computer)电子数字积分机和计算机EDVAC(Electronic Discrete Variable Automatic Computer)电子离散变量计算机组成原理是讲硬件结构的系统结构是讲结构设计的摩尔定律微芯片上的集成管数目每3年翻两番.处理器的处理速度每18个月增长一倍.每代芯片的本钱大约为前一代芯片本钱的两倍新摩尔定律全球入网量每6个月翻一番.数学家冯·诺依曼(von Neumann)在研究EDVAC机时提出了“储存程序〞的概念.以此为根底的各类计算机通称为冯·诺依曼机.它有如下特点:①计算机由运算器,控制器,存储器,输入和输出五局部组成②指令和数据以同等的地位存放于存储器内,并可按地址寻访③指令和数据均用二进制数表示④指令由操作码和地址码组成,操作码用来表示操作的性质,地址码用来表示操作数在存储器中的位置⑤指令在存储器内按顺序存放⑥机器以运算器为中心,输入输出设备与存储器间的数据传送通过运算器完成图中各部件的功能·运算器用来完成算术运算和逻辑运算并将的中间结果暂存在运算器内·存储器用来存放数据和程序·控制器用来控制,指挥程序和数据的输入,运行以及处理运行结果·输入设备用来将人们熟悉的信息转换为机器识别的信息·输出设备将机器运算结果转为人熟悉的信息形式运算器最少包括3个存放器(现代计算机内部往往设有通用存放器)和一个算术逻辑单元(ALU Arithmetic Logic Unit).其中ACC(Accumulator)为累加器,MQ(Multiplier-Quotient Register)为乘商存放器,X为操作数存放器,这3个存放器在完成不同运算时,说存放的操作数类别也各不相同.计算机的主要硬件指标(4.a) 主机完成一条指令的过程——以取数指令为例(4.b) 主机完成一条指令的过程——以存数指令为例(二) 计算机系统层次结构1. 计算机硬件的根本组成计算机硬件主要指计算机的实体局部,通常有运算器,控制器,存储器,输入和输出五局部.CPU是指将运算器和控制器集成到一个电路芯片中.2. 计算机软件的分类计算机软件按照面向对象的不同可分两类:系统软件:用于管理整个计算机系统,合理分配系统资源,确保计算机正常高效地运行,这类软件面向系统.(包括:标准程序库,语言处理程序,OS,效劳程序,数据库管理系统,网络软件)应用软件:是面向用户根据用户的特殊要求编制的应用程序,这类软件通常实现用户的某类要求.3. 计算机的工作过程(1)计算机的工作过程就是执行指令的过程指令由操作码和操作数组成:操作码指明本指令完成的操作操作码地址码地址码指明本指令的操作对象(2)指令的存储指令按照存储器的地址顺序连续的存放在存储器中.(3)指令的读取为了纪录程序的执行过程,需要一个记录读取指令地址的存放器,称为指令地址存放器,或者程序计数器.指令的读取就可以根据程序计数器所指出的指令地址来决定读取的指令,由于指令通常按照地址增加的顺序存放,故此,每次读取一条指令之后,程序计数器加一就为读取下一条指令做好准备.(4)执行指令的过程在控制器的控制下,完成以下三个阶段任务:1)取指令阶段按照程序计数器取出指令,程序计数器加一2)指令译码阶段分析操作码,决定操作内容,并准备操作数3)指令执行阶段执行操作码所指定内容(三) 计算机性能指标1. 吞吐量,响应时间(1) 吞吐量:单位时间内的数据输出数量.(2) 响应时间:从事件开始到事件结束的时间,也称执行时间.2. CPU时钟周期,主频,CPI,CPU执行时间(1) CPU时钟周期:机器主频的倒数,T C(2)主频:CPU工作主时钟的频率,机器主频Rc(3)CPI:执行一条指令所需要的平均时钟周期(4)CPU执行时间:T CPU=In×CPI×T CIn执行程序中指令的总数CPI执行每条指令所需的平均时钟周期数T C时钟周期时间的长度3. MIPS,MFLOPS(1)MIPS:(Million Instructions Per Second)Te:执行该程序的总时间=指令条数/(MIPS×)In:执行该程序的总指令数Rc:时钟周期Tc的到数MIPS只适合评价标量机,不适合评价向量机.标量机执行一条指令,得到一个运行结果.而向量机执行一条指令,可以得到多个运算结果.(2) MFLOPS: (Million Floating Point Operations Per Second)MFLOPS=Ifn/(Te×)Ifn:程序中浮点数的运算次数MFLOPS测量单位比拟适合于衡量向量机的性能.一般而言,同一程序运行在不同的计算机上时往往会执行不同数量的指令数,但所执行的浮点数个数常常是相同的.特点：1.MFLOPS取决于机器和程序两方面,不能反映整体情况,只能反映浮点运算情况2.同一机器的浮点运算具有一定的同类可比性,而非同类浮点操作仍无可比性当前微处理器的开展重点①进一步提高复杂度来提高处理器性能②通过线程进程级的并发性提高处理器性能③将存储器集成到处理器芯片来提高处理器性能④开展嵌入式处理器软件开发有以下几个特点1)开发周期长2)制作本钱昂贵3)检测软件产品质量的特殊性计算机的展望一、计算机具有类似人脑的一些超级智能功能要求计算机的速度达1015/秒二、芯片集成度的提高受以下三方面的限制•芯片集成度受物理极限的制约• 按几何级数递增的制作本钱 •芯片的功耗、散热、线延迟计算机辅助设计CAD 计算机辅助制造CAM计算机辅助工艺规划 Computer Aided Process Planning CAPP 计算机辅助工程 Computer Aided Engineering CAE 计算机辅助教学 Computer Assisted Instruction CAI 科学计算和数据处理 工业控制和实时控制网络技术应用 虚拟现实办公自动化和管理信息系统 Computer Aided DesignCAD,CAM,CIMS Computer Aided Manufacturing多媒体技术 Computer Integrated Manufacturing System 人工智能,模式识别,文字/语音识别,语言翻译,专家系统,机器人…二, 数据的表示和运算(一) 数制与编码1. 进位计数制及其相互转换 1)进位计数制进位计数制是指按照进位制的方法表示数,不同的数制均涉及两个根本概念:基数和权. 基数:进位计数制中所拥有数字的个数.权:每位数字的值等于数字乘以所在位数的相关常数,这个常数就是权. 任意一个R 进制数X,设整数局部为n 位,小数局部为m 位,那么X 可表示为: X ＝an-1rn-1+ an-2rn-2+ ┅ + a 0r 0 + a -1r -1 + a -2r -2 + ┅ + a -mr -m(X)r =∑--=mn i iirK 12)不同数制间的数据转换(1)二,八,十六进制数转换成十进制数利用上面讲到的公式: (N)2=∑Di•2i ,(N)8=∑Di•8i, (N)16=∑Di•16i,进行计算.(2)十进制数转换成二进制数通常要对一个数的整数局部和小数局部分别进行处理,各自得出结果后再合并.◆对整数局部,一般采用除2取余数法,其规那么如下:将十进制数除以2,所得余数(0或1)即为对应二进制数最低位的值.然后对上次所得商除以2,所得余数即为二进制数次低位的值,如此进行下去,直到商等于0为止,最后得的余数是所求二进制数最高位的值.◆对小数局部,一般用乘2取整数法,其规那么如下:将十进制数乘以2,所得乘积的整数局部即为对应二进制小数最高位的值,然后对所余数的小数局部局部乘以2,所得乘积的整数局部为次高位的值,如此进行下去,直到乘积的小数局部为0,或结果已满足所需精度要求为止.(3)二进制数,八进制数和十六进制数之间的转换八进制数和十六进制数是从二进制数演变而来的:由3位二进制数组成1位八进制数;由4位二进制数组成1位十六进制数.对一个兼有整数和小数局部的数以小数点为界,小数点前后的数分别分组进行处理,缺乏的位数用0补足.对整数局部将0补在数的左侧,对小数局部将0补在数的右侧.这样数值不会发生过失.2. 真值和机器数真值:数据的数值通常以正(+)负(-)号后跟绝对值来表示,称之为“真值〞.机器数:在计算机中正负号也需要数字化,一般用0表示正号,1表示负号.把符号数字化的数成为机器数.3. BCD码(Binary Coded Decimal以二进制编码的十进制码)在计算机中采用4位二进制码对每个十进制数位进行编码.4位二进制码有16种不同的组合,从中选出10种来表示十进制数位的0～9,用0000,0001,…,1001分别表示0,1,…,9,每个数位内部满足二进制规那么,而数位之间满足十进制规那么,故称这种编码为“以二进制编码的十进制(binary coded decima1,简称BCD)码〞.在计算机内部实现BCD码算术运算,要对运算结果进行修正,对加法运算的修正规那么是:如果两个一位BCD码相加之和小于或等于(1001)2,即(9)10,不需要修正;如相加之和大于或等于(1010)2,或者产生进位,要进行加6修正,如果有进位,要向高位进位.4. 字符与字符串在计算机中要对字符进行识别和处理,必须通过编码的方法,按照一定的规那么将字符用一组二进制数编码表示.字符的编码方式有多种,常见的编码有ASCII码,EBCDIC码等.1)ASCII码(American Standard Code for Information Interchange 美国信息交换标准码)ASCII码用7位二进制表示一个字符,总共128个字符元素,包括10个十进制数字(0-9),52个英文字母(A-Z和a-z),34专用符号和32控制符号.2)EBCDIC码为Extended Binary Coded Decimal Interchange Code的简称,它采用8位来表示一个字符.3)字符串的存放向量存储法:字符串存储时,字符串中的所有元素在物理上是邻接的.串表存储法:字符串的每个字符代码后面设置一个链接字,用于指出下一个字符的存储单元的地址.5. 校验码Check Digit数据校验码是一种常用的带有发现某些错误或自动改错能力的数据编码方法.其实现原理,是加进一些冗余码,使合法数据编码出现某些错误时,就成为非法编码.这样,可以通过检测编码的合法性来到达发现错误的目的.合理地安排非法编码数量和编码规那么,可以提高发现错误的能力,或到达自动改正错误的目的.码距:码距根据任意两个合法码之间至少有几个二进制位不相同而确定的,仅有一位不同,称其码距为1.1)奇偶校验码(Parity Bit)WIKI(开销最小,能发现数据代码中一位出错情况的编码,常用于存储器读写检查或ASCII字符或其它类型的信息传输的检查)P216它的实现原理,是使码距由1增加到2.假设编码中有1位二进制数出错了,即由1变成0,或者由0变成1.这样出错的编码就成为非法编码,就可以知道出现了错误.在原有的编码之上再增加一位校验位,原编码n位,形成新的编码为n+1 位.增加的方法有2种:奇校验:增加位的0或1要保证整个编码中1的个数为奇数个.偶校验:增加位的0或1要保证整个编码中1的个数为偶数个.2)海明校验码(Hamming Code)P100实现原理,在数据中参加几个校验位,并把数据的每一个二进制位分配在几个奇偶校验组中.当某一位出错就会引起有关的几个校验组的值发生变化,这不但可以发现出错,还能指出是哪一位出错,为自动纠错提供了依据.假设校验位的个数为r,那么它能表示2r个信息,用其中的一个信息指出“没有错误〞,其余2r-1个信息指出错误发生在哪一位.然而错误也可能发生在校验位,因此只有k=2r-1-r个信息能用于纠正被传送数据的位数,也就是说要满足关系:2r k+r+13)CRC校验码(Cyclic Redundancy Check 循环冗余校验)P144CRC校验码一般是指k位信息之后拼接r位校验码.关键问题是如何从k位信息方便地得到r位校验码,以如何从位k+r信息码判断是否出错.将带编码的k位有效信息位组表达为多项式:式Ci中为0或1.假设将信息位左移r位,那么可表示为多项式M(x).xr.这样就可以空出r位,以便拼接r位校验位.CRC码是用多项式M(x).xr除以生成多项式G(x)所得的余数作为校验码的.为了得到r位余数,G(x)必须是r+1位.设所得的余数表达式为R(x),商为Q(x).将余数拼接在信息位组左移r位空出的r位上,就构成了CRC码,这个码的可用多项式表达为:M(x)·xr+R(x)=[Q(x)·G(x)+R(x)]+R(x)=[Q(x)·G(x)]+[R(x)+R(x)]=Q(x)·G(x)因此,所得CRC码可被G(x)表示的数码除尽.将收到的CRC码用约定的生成多项式G(x)去除,如果无错,余数应为0,有某一位出错,余数不为0.(二) 定点数的表示和运算1. 定点数的表示1)无符号数的表示无符号数就是指正整数,机器字长的全部位数均用来表示数值的大小,相当于数的绝对值.对于字长为n+1位的无符号数的表示范围为: 0-12)带符号数的表示(真值范围-n-1n)带符号数是指在计算机中将数的符号数码化.在计算机中,一般规定二进制的最高位为符号位,最高位为“0〞表示该数为正,为“1〞表示该数为负.这种在机器中使用符号位也被数码化的数称为机器数.根据符号位和数值位的编码方法不同,机器数分为原码,补码和反码.(1)原码表示法机器数的最高位为符号位,0表示正数,1表示负数,数值跟随其后,并以绝对值形式给出.这是与真值最接近的一种表示形式.原码的定义:(2)补码表示法机器数的最高位为符号位,0表示正数,1表示负数,其定义如下:(3)反码表示法机器数的最高位为符号,0表示正数,1表示负数.反码的定义:原码补码反码整数(mod ) (mod())小数(mod 2) (mod(2-))=0.0000=1.000=0.0000 =0.0000=1.1111负数原码求反+1 负数每位求反移码移码表示中零也是唯一的真值的移码和补码仅差一个符号位.假设将补码的符号位由0改为1或从1改为0即可得到真值的移码乘法运算可用移码和加法来实现,两个n位数相乘,总共要进行n次加法运算和n次移位运算·三种机器数的最高位均为符号位.符号位和数值位之间可用“.〞(对于小数)或“,〞(对于整数)隔开·当真值为正时,原码,补码和反码的表示形式均相同,即符号位用“0〞表示,数值局部与真值局部相同·当真值为负时,原码,补码和反码的表示形式不同,其它符号位都用“1〞表示,而数值局部有这样的关系,即补码是原码的“求反加1〞,反码是原码的“每位求反〞.1)定点数的位移运算左移,绝对值扩大;右移,绝对值缩小.算术移位规那么符号位不变码制添补代码正数0负数原0补右移添0左移添1 反 1算术移位和逻辑移位的区别:算术移位:带符号数移位;逻辑移位:无符号数移位;2)原码定点数的加/减运算;对原码表示的两个操作数进行加减运算时,计算机的实际操作是加还是减,不仅取决指令中的操作码,还取决于两个操作数的符号.而且运算结果的符号判断也较复杂.例如,加法指令指示做(＋A)＋(－B)由于一操作数为负,实际操作是做减法(＋A)-(+B),结果符号与绝对值大的符号相同.同理,在减法指令中指示做(＋A)－(－B)实际操作做加法(＋A)＋(＋B),结果与被减数符号相同.由于原码加减法比拟繁琐,相应地需要由复杂的硬件逻辑才能实现,因此在计算机中很少被采用.3)补码定点数的加/减运算;(1) 加法整数[A]补+ [B]补= [A+B]补(mod 2n+1)小数[A]补+ [B]补= [A+B]补(mod 2)(2) 减法整数[A]补- [B]补= [A+(-B)]补=[A]补+ [-B]补(mod 2n+1)小数[A]补- [B]补= [A+(-B)]补=[A]补+ [-B]补(mod 2)无需符号判定,连同符号位一起相加,符号位产生的进位自然丢掉4)定点数的乘/除运算(1)一位乘法<1>原码定点一位乘法两个原码数相乘,其乘积的符号为相乘两数的异或值,数值两数绝对值之积.设[X]原=X0 X1 X2 …Xn[Y]原=Y0 Y1 Y2 …Yn[X·Y]原=[X]原·[Y]原= (X0⊕Y0)∣(X1 X2 …Xn)·(Y1 Y2 …Yn)符号∣表示把符号位和数值邻接起来.原码两位乘和原码一位乘比拟原码一位乘原码两位乘符号位操作数绝对值绝对值的补码移位逻辑右移算术右移移位次数n最多加法次数n有的机器为方便加减法运算,数据以补码形式存放.乘法直接用补码进行,减少转换次数.具体规那么如下: [X·Y]补=[X]补(－Y0 + 0. Y1 Y2… Yn )<3>布斯法“布斯公式〞: 在乘数Yn后添加Yn+1=0.按照Yn+1 ,Yn相邻两位的三种情况,其运算规那么如下:(1) Yn+1 ,Yn =0( Yn+1 Yn =00或11),局部积加0,右移1位;(2) Yn+1 ,Yn =1( Yn+1 Yn =10) ,局部积加[X]补,右移1位;(3) Yn+1 ,Yn =-1( Yn+1 Yn =01) ,局部积加[－X]补,右移1位最后一步不移位. (2)两位乘法<1>原码两位乘法,因此实际操作用Yi-1,Yi,C三位来控制,运算规那么如下Yi-1 Yi C 操作<2>补码两位乘法当乘数由1位符号位和以n(奇数)位数据位组成时,求局部积的次数为(1＋n)／2,而且最后一次的右移操作只右移一位.假设数值位本身为偶数n,可采用下述两种方法之一:①可在乘数的最后一位补一个0,乘数的数据位就成为奇数,而且其值不变,求局部积的次数为1+(n+l)/2,即n/2＋1,最后一次右移操作也只右移一位.②乘数增加一位符号位,使总位数仍为偶数,此时求局部积的次数为n/2+1,而且最后一次不再执行右移操作.(3)补码除法笔算除法和机器除法的比拟笔算除法机器除法商符单独处理符号位异或形成心算上商余数不动低位补“0〞减右移一位的除数余数左移一位低位补“0〞减除数2 倍字长加法器 1 倍字长加法器上商位置不固定在存放器最末位上商1>恢复余数法被除数(余数)减去除数,如果为0或者为正值时,上商为1,不恢复余数;如果结果为负,上商为0,再将除数加到余数中,恢复余数.余数左移1位.2>加减交替法当余数为正时,商上1,求下一位商的方法,余数左移一位,再减去除数;当余数为负时,商上0,求下一位商的方法,余数左移一位,再加上除数.<2>定点补码一位除法(加减交替法)1〉如果被除数与除数同号,用被除数减去除数;假设两数异号,被除数加上除数.如果所得余数与除数同号商上1,否那么,商上0,该商为结果的符号位.2〉求商的数值局部.如果上次商上1,将除数左移一位后减去除数;如果上次商上0,将余数左移一位后加除数.然后判断本次操作后的余数,如果余数与除数同号商上1,如果余数与除数异号商上0.如此重复执行n-1次(设数值局部n位).3〉商的最后一位一般采用恒置1的方法,并省略了最低+1的操作.此时最大的误差为2-n.5)溢出概念和判别方法当运算结果超出机器数所能表示的范围时,称为溢出.显然,两个异号数相加或两个同号数相减,其结果是不会溢出的.仅当两个同号数相加或者两个异号数相减时,才有可能发溢出的情况,一旦溢出,运算结果就不正确了,因此必须将溢出的情况检查出来.判别方法有三种:1〉当符号相同的两数相加时,如果结果的符号与加数(或被加数)不相同,那么为溢出.2〉当任意符号两数相加时,如果C=Cf,运算结果正确,其中C为数值最高位的进位,Cf为符号位的进位.如果C≠Cf ,那么为溢出,所以溢出条件=C⊕Cf .3〉采用双符号f s2f s1.正数的双符号位为00,负数的双符号位为11.符号位参与运算,当结果的两个符号位甲和乙不相同时,为溢出.所以溢出条件= fs2⊕fs1 ,或者溢出条件= fs2fs1 + fs2fs1(三) 浮点数的表示和运算1. 浮点数的表示1)浮点数的表示范围;浮点数是指小数点位置可浮动的数据,通常以下式表示:N=M×R E其中,N为浮点数,M(Mantissa)为尾数(可正可负),E(Exponent)为阶码(可正可负),R(Radix)称为“阶的基数(底)〞,而且R为一常数,一般为2,8或16.在一台计算机中,所有数据的R都是相同的,于是不需要在每个数据中表示出来.因此,浮点数的机内表示一般采用以下形式:Ms E MMs是尾数的符号位,设置在最高位上.E为阶码(移码),有n+1位,一般为整数,其中有一位符号位,设置在E的最高位上,用来表正阶或负阶.M为尾数(原码),有m位,由Ms和M组成一个定点小数.Ms=0,表示正号,Ms=1,表示负.为了保证数据精度属数通常用规格化形式表示:当R＝2,且尾数值不为0时,其绝对值大于或等于(0.5)10.对非规格化浮点数,通过将尾数左移或右移,并修改阶码值使之满足规格化要求.浮点数的表示范围以通式N=M×R E设浮点数阶码的数值位取m位,尾数的数值位取n位2)IEEE754标准(Institute of Electrical and Electronics Engineers美国电气和电子工程协会)S 阶码(含阶符) 尾数数符小数点位置根据符号位S阶码尾数总位数短实数 1 8 23 32长实数 1 11 52 64临时实数 1 15 64 80S,处在最高位.由于IEEE754标准约定在小数点左部有一位隐含位,从而实际有效位数为24位.这样使得尾数的有效值变为1.M .例如,最小为x1.0…0,,最大为x1.1…1.规格化表示.故小数点左边的位横为1,可省去.N(共32位)S(1位) E(8位) M(23位)符号位0 0 0符号位0 不等于0 (-1)S·2-126·(0.M) 为非规格化数符号位1到254之间- (-1)S·2E-127·(1.M) 为规格化数符号位255 不等于0 NaN(非数值)符号位255 0 无穷大,减少下溢精度损失.非规格化数的隐含位是0,不是1.2. 浮点数的加/减运算加减法执行下述五步完成运算:1)“对阶〞操作比拟两浮点数阶码的大小,求出其差ΔE,保存其大值E,E=max(Ex, Ey).当ΔE≠0时,将阶码小的尾数右移ΔE位,并将其阶码加上ΔE,使两数的阶码值相等.2)尾数加减运算执行对阶之后,两尾数进行加减操作.3)规格化操作规格化的目的是使得尾数局部的绝对值尽可能以最大值的形式出现.4)舍入在执行右规或者对阶时,尾数的低位会被移掉,使数值的精度受到影响,常用“0〞舍“1〞入法.当移掉的局部最高位为1时,在尾数的末尾加1,如果加1后又使得尾数溢出,那么要再进行一次右规.5)检查阶码是否溢出阶码溢出表示浮点数溢出.在规格化和舍入时都可能发生溢出,假设阶码正常,加/减运算正常结束.假设阶码下溢,那么设置机器运算结果为机器零,假设上溢,那么设置溢出标志.定点数和浮点数可从如下几个方面进行比拟①当浮点机和定点机中的位数相同时,浮点数的表示范围比定点数大得多②当浮点数位规格化数时,其相对绝对远比定点数高③浮点数运算要分阶码局部和尾数局部,而且运算结果都要求规格化,故浮点运算步骤比定点运算的步骤多,运算速度比定点运算的低,运算线路比定点运算的复杂④在溢出的判断方法上,浮点数是对规格化的阶码进行判断,而定点数是对数值本身进行判断总之,浮点数在数的表示范围,数的精度,溢出处理和程序编程方面(不取比例因子)均优于定点数.但在运算规那么即硬件本钱方面又不如定点数。

考试科目名称 计算机组织与系统结构 （A-1卷）2007——2008学年第 2 学期 教师 袁春风/窦万春考试方式：闭卷系（专业） 计算机科学与技术年级 2006班级学号 姓名 成绩题号一二三四五六分数一、填空题（本大题共15小题，每空1分，共20分）得分1. 二进制指令代码的符号化表示被称为汇编语言源程序。

必须通过相应的翻译程序把它转换为机器语言程序才能被计算机执行。

2. 通常用一个寄存器来存放当前执行指令的地址，MIPS结构中将该寄存器简写为PC。

由于历史的原因，PC寄存器通常被称为程序计数器（或Program Counter）。

3. 在MIPS中，分支指令的转移目标地址是由分支指令的下条指令地址加上一个位移量决定的。

通常把这种方式称为(PC)相对寻址方式。

4. 假定寄存器$s1中存放二进制信息为0000 0000 0000 0000 0000 0000 1101 1000，则在屏幕上用16进制显示为0x 0000 00D8。

若该信息是一个无符号整数，则表示的值为216。

5. 过程调用时，涉及到调用过程和被调用过程之间的数据交换和程序切换，所以要有相应的存储空间来存放调用参数、返回数据和返回地址等信息。

这种用于过程调用的存储空间被称为堆栈Stack （或栈帧Stack Frame）。

6. 衡量CPU性能好坏的一个重要指标是CPU执行时间。

它与程序包含的指令条数和每条指令的平均时钟数以及时钟周期有关。

通常用英文缩写CPI 来表示每条指令的平均时钟数。

有时也用基准程序来测试处理器的性能，“基准程序”对应的英文单词是Benchmark。

7. 进行基本加/减等算术运算和与/或/非等逻辑运算的部件被称为算术逻辑部件。

用英文缩写表示为ALU。

8. 由于Cache数据是主存数据的副本，所以Cache和主存之间存在一致性问题，可以采用两种不同的写策略来解决。

这两种写策略是Write Back(或写回法/一次性写)和Write Through（或写通过法）。

Lecture 17:CPU -Datapath and Control 中央处理器中央处理器：：数据通路和控制器程序计数器---PC切记切记：：状态单元的输入信息总是在一个时钟边沿到达后的“Clk-to-Q”( Latch Prop -锁存延迟)Q 总是在clock-to-Q 后跟着D 变化这期间D 的变化不影响Q存储元件: 寄存器和寄存器组°寄存器（Register） • 有一个写使能（Write Enable-WE）信号 0: 时钟边沿到来时，输出不变 1: 时钟边沿到来时，输出开始变为输入 • 若每个时钟边沿都写入，则不需WE信号 °寄存器组（Register File） • 两个读口（组合逻辑操作）：busA和 busB分别由RA和RB给出地址。

地址RA 或RB有效后，经一个“取数时间 (AccessTime)”，busA和busB有效。

• 一个写口（时序逻辑操作）：写使能为1 的情况下，时钟边沿到来时，busW传来 的值开始被写入RW指定的寄存器中。

singlepath.11Write EnableData In NData Out NClkWrite Enable RW RA RB 5 5 5 busA busW 32 Clk 32 32 32-bit Registers busB 32寄存器组的内部结构Write Enable0 1C D C DRARBRegister 0 Register 1RW32-to-1 Decoder30M U busA31C D CRegister 30 Register 31XbusW ClkDM每个寄存器由32个触发器组成; 输入数据来自busW，读出数据分别送 busA和busB; WriteEnable信号控制是否写入新值。

信号控制是否写入新值。

singlepath.12U XbusB存储元件: 理想存储器°理想存储器 理想存储器（ 理想存储器（ idealized memory ） • Data Out：32位读出数据 • Data In： 32位写入数据 • Address：读写公用一个32位地址 • 读操作： 读操作：地址Address有效后， 有效后，经一个“取数时间 AccessTime”，Data Out上数据有效。

2021年南京大学计算机科学与技术专业《计算机组成原理》科目期末试卷B（有答案）一、选择题1、在下列寻址中，（）寻址方式需要先运算再访问主存。

A.立即B.变址C.间接D.直接2、寄存器间接寻址方式中，操作数在（）中。

A.通用寄存器B.堆栈C.主存单元D.指令本身3、假设机器字长为16位，用定点补码小数表示时，一个字所能表示的范围是（）。

A.0~（1-2-15）B.-（1-2-15）~（1-2-15）C.-1~1D.-1~（1-2-15）4、假设机器字长为8位（含两位符号位），若机器数DA日为补码，则算术左移一位和算术右移一位分别得（）。

A.B4H EDHB.F4H 6DHC.B5H EDHD.B4H 6DH5、用海明码对长度为8位的数据进行检/纠错时，若能纠正一位错，则校验位数至少为（）。

A.2B.3C.4D.56、下面关于计算机Cache的论述中，正确的是（）。

A.Cache是一种介于主存和辅存之间的存储器，用于主存和辅存之间的缓冲存储B.如果访问Cache不命中，则用从内存中取到的字节代替Cache中最近访问过的字节C.Cache的命中率必须很高，一般要达到90%以上D.Cache中的信息必须与主存中的信息时刻保持一致7、根据存储内容来进行存取的存储器称为（）。

A.双端口存储器B.相联存储器C.交叉存储器D.串行存储器8、CPU中不包括（）。

A.操作码译码器B.指令寄存器C.地址译码器D通用寄存器9、在计算机系统中，表明系统运行状态的部件是（）。

A.程序计数器B.指令寄存器C.程序状态字D.累加寄存器10、下列关于同步总线的说法中，正确的有（）。

I.同步总线一般按最慢的部件来设置公共时钟II.同步总线一般不能很长III.同步总线一般采用应答方式进行通信IV.通常，CPU内部总线、处理器总线等采用同步总线A. I，IIB. I，II，IVC.III，IVD.II，III，IV11、总线的数据传输速率可按公式Q=Wf/N计算，其中Q为总线数据传输速率，W为总线数据宽度（总线位宽/8），f为总线时钟频率，N为完成一次数据传送所需的总线时钟周期个数。