全套電子課件：計(jì)算機(jī)組成原理-第十六套

1、計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理一、課程主要內(nèi)容討論計(jì)算機(jī)單機(jī)系統(tǒng)的硬件組成。即幾大功能部件的工作原理、邏輯實(shí)現(xiàn)、設(shè)計(jì)方法及相互連接構(gòu)成整機(jī)的方法。計(jì)算機(jī)組成原理強(qiáng)調(diào)兩個(gè)層次的整機(jī)概念：CPU整機(jī)概念 硬件系統(tǒng)整機(jī)概念緊緊抓住各部件之間的信息傳送方式和傳送途徑。邏輯組成工作機(jī)制邏輯組成工作機(jī)制計(jì)算機(jī)組成原理二、學(xué)習(xí)目的為培養(yǎng)同學(xué)們?cè)诜治?、設(shè)計(jì)、開發(fā)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)方面的能力打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。計(jì)算機(jī)組成原理三、教學(xué)特點(diǎn)1、以模型機(jī)為背景討論基本原理，適當(dāng)輻射實(shí)用機(jī)型。2、討論硬件組成時(shí)，在寄存器級(jí)進(jìn)行分析。計(jì)算機(jī)組成原理四、知識(shí)架構(gòu)與教學(xué)安排知識(shí)架構(gòu)： 計(jì)算機(jī)組成原理 信息的表示 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng) CPU 存

2、儲(chǔ)器 I/O 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)組成原理第一章 概論 4學(xué)時(shí) 第二章 計(jì)算機(jī)中的信息表示 6學(xué)時(shí) 第三章 CPU子系統(tǒng) 30學(xué)時(shí) 第四章 存儲(chǔ)子系統(tǒng) 10學(xué)時(shí) 第五章 I/O子系統(tǒng) 8學(xué)時(shí) 第六章 輸入/輸出設(shè)備及I/O接口 6學(xué)時(shí) 第七章 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)模型 自學(xué)計(jì)算機(jī)組成原理五、學(xué)習(xí)方法 抓住重點(diǎn)，解決難點(diǎn)： CPU部分（通路結(jié)構(gòu)、指令流程）存儲(chǔ)器部分（邏輯設(shè)計(jì)）I/O系統(tǒng)部分（中斷機(jī)制及其接口設(shè)計(jì)） 充分利用教學(xué)網(wǎng)站（參考書、課程輔導(dǎo)、在線學(xué)習(xí)、課程實(shí)踐、課程資源、學(xué)生空間）計(jì)算機(jī)組成原理六、考核平時(shí)成績(jī)（作業(yè)+半期考試）：20%實(shí)驗(yàn)：10%期末考試：70%主要內(nèi)容： 計(jì)算機(jī)的基本概念 系統(tǒng)

3、硬件組成（主要部件、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)） 計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo)第一章 概論 第一節(jié) 計(jì)算機(jī)的基本概念1.1.1 馮 諾依曼思想1. 用二進(jìn)制代碼表示程序和數(shù)據(jù)；2. 計(jì)算機(jī)采用存儲(chǔ)程序的工作方式；3. 計(jì)算機(jī)硬件由存儲(chǔ)器、運(yùn)算器、控制 器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備組成。1.1.2 信息的數(shù)字化表示 1. 在計(jì)算機(jī)中用數(shù)字代碼表示各種信息 二進(jìn)制代碼例1 用數(shù)字代碼表示數(shù)據(jù) 5 - 5 表示為 0 101 表示為 1 101 例2 用數(shù)字代碼表示字符 A B 表示為 1000001 表示為 1000010 例3 用數(shù)字代碼表示命令、狀態(tài) 啟動(dòng) 停止 正在工作 工作結(jié)束 表示為 00 表示為 01 表示為 10 表示

4、為 11 2. 在物理機(jī)制上用數(shù)字信號(hào) 數(shù)字型電信號(hào)例1 用電平信號(hào)表示數(shù)字代碼 高電平 1 低電平 高電平 0 1 例2 用脈沖信號(hào)表示數(shù)字代碼 有脈沖無脈沖有脈沖101 表示數(shù)字代碼 實(shí)現(xiàn)并行操作實(shí)現(xiàn)串行操作1.1.3 存儲(chǔ)程序工作方式 1.事先編制程序 3.自動(dòng)、連續(xù)地執(zhí)行程序 2.事先存儲(chǔ)程序 傳統(tǒng)諾依曼機(jī)串行執(zhí)行指令。 對(duì)傳統(tǒng)諾依曼機(jī)的改造：增加并行處理功能。第二節(jié) 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件組成1.2.1 主要功能部件1. CPU由運(yùn)算器、控制器、寄存器組成。（1） 運(yùn)算器 1）功能：加工信息。 2）組成：移位器ALU選擇器通用寄存器組選擇器移位器ALU選擇器通用寄存器組選擇器 ALU: 通

5、過加法器實(shí)現(xiàn)運(yùn)算操作（由全加器求和、由進(jìn)位鏈傳遞進(jìn)位信號(hào)）。移位器ALU選擇器通用寄存器組選擇器 通用寄存器組：提供操作數(shù)，存放運(yùn)算結(jié)果。移位器ALU選擇器通用寄存器組選擇器 選擇器：選擇操作數(shù)；選擇控制條件，實(shí)現(xiàn)各種算法。移位器ALU選擇器通用寄存器組選擇器 移位器：直接或者移位送出運(yùn)算結(jié)果。（2）控制器 1）功能：產(chǎn)生控制命令(微命令)， 控制全機(jī)操作。 2）組成：微命令發(fā)生器指令信息狀態(tài)信息時(shí)序信號(hào)微命令序列微命令產(chǎn)生方式（指令執(zhí)行控制方式）：組合邏輯控制方式：微程序控制方式：由組合邏輯電 路產(chǎn)生微命令由微指令產(chǎn)生微命令存儲(chǔ)體地址寄存器譯碼器讀/寫線路數(shù)據(jù)寄存器控制線路2. 存儲(chǔ)器 1）

6、功能: 存儲(chǔ)信息。 2）組成（主存儲(chǔ)器）：存儲(chǔ)體地址寄存器譯碼器讀/寫線路數(shù)據(jù)寄存器控制線路 存儲(chǔ)體: 存放信息的實(shí)體。 尋址系統(tǒng)：對(duì)地址碼譯碼，選擇存儲(chǔ)單元。 讀/寫線路和數(shù)據(jù)寄存器：完成讀/寫操作，暫存讀/寫數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)體地址寄存器譯碼器讀/寫線路數(shù)據(jù)寄存器控制線路 控制線路：產(chǎn)生讀/寫時(shí)序，控制讀/寫操作。 3. 輸入/輸出設(shè)備 1）功能：轉(zhuǎn)換信息。 輸入：原始信息 代碼，送入主機(jī)輸出：處理結(jié)果 人所能接受的形式，并輸出（代碼） 1.2.2 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1. 以總線為基礎(chǔ)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 總線：能為多個(gè)部件分時(shí)共享的一組信息傳送線路?？?線部件部件部件總 線功能 內(nèi)總線 局部總線 系統(tǒng)總線 外總

7、線信息 地址總線 數(shù)據(jù)總線 控制總線時(shí)序 同步總線 異步總線格式 并行總線 串行總線方向 單向總線 雙向總線 （1）以CPU為中心的雙總線結(jié)構(gòu)CPUM接口接口I/OI/OI/O 總線M 總線 （2）單總線結(jié)構(gòu)CPUM接口接口I/OI/O系 統(tǒng) 總 線 （3）以M為中心的雙總線結(jié)構(gòu)CPUM接口接口I/OI/O系 統(tǒng) 總 線 M 總線 （4）多級(jí)總線結(jié)構(gòu)CPURAMROM公共接口總線控制邏輯M擴(kuò)展板I/O接口板局部總線系統(tǒng)總線2. 采用通道或IOP的大型系統(tǒng)結(jié)構(gòu) （1）帶通道的系統(tǒng)I/O控制器主機(jī)I/O通道（2）帶IOP的系統(tǒng)CPUM接口I/OIOPLM接口I/O系統(tǒng)總線I/O總線3. 模型機(jī)系統(tǒng)

8、結(jié)構(gòu)系 統(tǒng) 總 線CPUM公共接口接口接口I/OI/O第三節(jié) 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能指標(biāo)1. 基本字長(zhǎng) 指操作數(shù)的基本位數(shù)。 它影響計(jì)算精度、指令功能。2. 存儲(chǔ)容量 （1）主存容量 指存儲(chǔ)單元個(gè)數(shù)位數(shù)。決定地址位數(shù)表明編址單位表示為：字?jǐn)?shù)字長(zhǎng)（按字編址）或 字節(jié)數(shù)（按字節(jié)編址）（2）外存容量 常表示為字節(jié)數(shù)。 外存容量與地址碼位數(shù)無關(guān)。3. 運(yùn)算速度 （1）定點(diǎn)/浮點(diǎn)四則運(yùn)算時(shí)間 （2）每秒平均執(zhí)行的指令條數(shù)（MIPS） （3）CPU時(shí)鐘頻率（MHz） 總線位數(shù)總線時(shí)鐘頻率 8 5. 處理功能 （1）指令系統(tǒng)功能（尋址方式、指令 類型） （2）系統(tǒng)軟件配置總線帶寬 =4. 數(shù)據(jù)傳輸率（B/S）第二

9、章 計(jì)算機(jī)中的信息表示 數(shù)據(jù)信息控制信息數(shù)值型數(shù)據(jù)非數(shù)值型數(shù)據(jù)指令信息等 第一節(jié) 數(shù)據(jù)信息的表示 2.1.1 表示數(shù)據(jù)的大小二進(jìn)制、八進(jìn)制、十六進(jìn)制、二-十進(jìn)制2.1.2 表示數(shù)據(jù)的符號(hào)原碼、補(bǔ)碼、反碼2.1.3 表示小數(shù)點(diǎn)定點(diǎn)、浮點(diǎn)1. 定點(diǎn)表示法無符號(hào)數(shù)定點(diǎn)整數(shù)定點(diǎn)小數(shù)00000000 11111111 （0） （255）11111111 01111111原原（-127） （127）補(bǔ)10000000 01111111補(bǔ)（-128） （127）1.1111111 0.1111111原原-(1-2-7) (1-2-7)1.0000000 0.1111111補(bǔ)補(bǔ) （-1） (1-2-7)類型

10、E浮點(diǎn)數(shù)真值：N = + R M 階碼Ef E1 Em Mf M1 Mn浮點(diǎn)數(shù)機(jī)器格式：尾數(shù)階符數(shù)符R：階碼底，隱含約定。E：階碼，為定點(diǎn)整數(shù)，補(bǔ)碼或移碼表示。 其位數(shù)決定數(shù)值范圍；階符表示數(shù)的大小。M：尾數(shù)，為定點(diǎn)小數(shù)，原碼或補(bǔ)碼表示。 其位數(shù)決定數(shù)的精度；數(shù)符表示數(shù)的正負(fù)。尾數(shù)規(guī)格化：1/2 M 1最高有效位絕對(duì)值為12. 浮點(diǎn)表示法3. 浮點(diǎn)表示范圍表示范圍：-231 231 (1-2-9)例.某規(guī)格化浮點(diǎn)數(shù)用補(bǔ)碼表示，其中階碼6位，含1位階符；尾數(shù)10位，含1位數(shù)符。階符1位，階碼m位，補(bǔ)碼表示，以2為底；數(shù)符1位，尾數(shù)n位，補(bǔ)碼表示，規(guī)格化。最小浮點(diǎn)數(shù)：最大浮點(diǎn)數(shù)：最小浮點(diǎn)正數(shù)：階碼

11、為最大數(shù)：2 -1m尾數(shù)為絕對(duì)值最大的負(fù)數(shù)：-1尾數(shù)為最大數(shù)：階碼為最大數(shù)：2 -1m1-2-n階碼為最小數(shù)：-2 m尾數(shù)為最小正數(shù)：2-1表示精度：2-33 第二節(jié) 指令信息的表示 指令：指示計(jì)算機(jī)執(zhí)行某類操作的信息的集合。本節(jié)主要討論：一般指令格式 常用尋址方式 面向用戶指令類型2.2.1 指令格式指令基本格式操作碼 地址碼 D一個(gè)一個(gè)或幾個(gè)1. 指令字長(zhǎng)定長(zhǎng)指令格式變長(zhǎng)指令格式便于控制（1） 定長(zhǎng)操作碼各指令的位置、位數(shù)固定相同。（2）擴(kuò)展操作碼各指令的位置、位數(shù)不固定，根據(jù)需要變化。合理利用存儲(chǔ)空間2. 操作碼結(jié)構(gòu)關(guān)鍵在設(shè)置擴(kuò)展標(biāo)志。例. 指令字長(zhǎng)16位，可含有3、2、1或0個(gè)地址，每

12、個(gè)地址占4位。操作碼 地址碼 15 12 11 8 7 4 3 00000 X Y Z 1110 X Y Z.1111 0000 Y Z 1111 1110 Y Z.三地址指令 15條二地址指令 15條1111 1111 0000 Z 1111 1111 1110 Z.一地址指令 15條1111 1111 1111 0000 1111 1111 1111 1111.零地址指令 16條（3）復(fù)合型操作碼操作碼分為幾部分，每部分表示一種操作。例.某機(jī)算邏指令3. 地址結(jié)構(gòu)0 1 2 3 4 5 6 7 8 15基本操作 進(jìn)位 移位 回送 判跳 操作數(shù)指令中提供的地址數(shù)存儲(chǔ)單元地址碼寄存器編號(hào)（1）

13、指令提供地址的方式顯地址方式隱地址方式:指令中明顯指明地址。:地址隱含約定,不出現(xiàn)在指令中。直接或間接給出（2） 地址結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化操作數(shù)地址 四地址結(jié)構(gòu)指令格式：使用隱地址可以減少指令中的地址數(shù)，簡(jiǎn)化地址結(jié)構(gòu)。 D1 D2 D3 D4結(jié)果地址下條指令地址功能：(D1)(D2) D3(D4) 下條指令用指令計(jì)數(shù)器PC指示指令地址。三地址結(jié)構(gòu)指令格式：操作數(shù)地址 D1 D2 D3 結(jié)果地址下條指令地址功能：轉(zhuǎn)移時(shí)，用轉(zhuǎn)移地址修改PC內(nèi)容。(D1)(D2) D3(PC) + 1 PC源/目的二地址結(jié)構(gòu)指令格式： D1 D2 目的/源功能：(D1)(D2) D2/D1(PC) + 1 PC雙操作數(shù)：一地

14、址結(jié)構(gòu)指令格式： D1 隱含約定單操作數(shù)：功能：零地址結(jié)構(gòu)指令格式：(D1)(A) A(PC) + 1 PC(D1) D1(PC) + 1 PC 功能：用于堆?；蛱厥庵噶畈僮?。例.ADD；執(zhí)行前：低SP102046SP3046執(zhí)行后：高低高2.2.2 尋址方式是指尋找操作數(shù)地址或操作數(shù)的方式。操作碼 立即數(shù)S（1） 立即尋址指令直接給出操作數(shù)。1. 常見尋址方式定長(zhǎng)格式：變長(zhǎng)格式：基本指令 立即數(shù)S數(shù)在指令中，其長(zhǎng)度固定、有限。數(shù)在基本指令之后，其長(zhǎng)度可變。用來提供常數(shù)、設(shè)置初值等。操作碼 有效地址D （2） 直接尋址指令直接給出操作數(shù)地址。存儲(chǔ)單元號(hào)寄存器號(hào)(數(shù)在M中)(數(shù)在R中) 存儲(chǔ)器直

15、接尋址（直接尋址）定長(zhǎng)格式D的位數(shù)有限,限制訪存范圍變長(zhǎng)格式基本指令 DL DHD的位數(shù)可覆蓋整個(gè)存儲(chǔ)空間S =（D）操作碼 寄存器號(hào)R 存儲(chǔ)單元號(hào)寄存器號(hào)(數(shù)在M中)(數(shù)在M中) 寄存器直接尋址（寄存器尋址）格式R所占位數(shù)少；訪問R比訪問M快格式S =（R）用于訪問固定的存儲(chǔ)單元或寄存器。（3）間接尋址指令給出操作數(shù)的間接地址。 存儲(chǔ)器間址操作碼 間接地址D D=00300060.0060 S.S =(D) M間址單元地址指針操作碼 寄存器號(hào)R 寄存器間址格式R所占位數(shù)少；R可提供全字長(zhǎng)地址碼；修改R內(nèi)容比修改M內(nèi)容快。格式S =(R)指針不變(由指令指定)，指針內(nèi)容可變，使同一指令可指向不

16、同存儲(chǔ)單元，以實(shí)現(xiàn)程序的循環(huán)、共享，并提供轉(zhuǎn)移地址。 堆棧尋址操作碼 堆棧指針SP SP. S.S =(SP) MR=02 M00400040 S.地址指針0070.棧頂格式SP既可出現(xiàn)在指令中，也可隱含約定。 變址尋址（4）變址、基址尋址及其變化SP棧頂 M S.低高堆棧向上生成壓棧：SP自動(dòng)減1，再存數(shù)。-(SP)，自減型間址。先取數(shù)，SP再自動(dòng)加1。(SP)+，自增型間址。出棧：指令給出一個(gè)寄存器號(hào)和一個(gè)地址量，寄存器內(nèi)容與地址量之和為有效地址。操作碼 RX D D的位數(shù)有限，若不能提供全字長(zhǎng)地址碼，會(huì)使訪存空間受到限制。變址寄存器號(hào)例. 用變址方式訪問一組連續(xù)區(qū)間內(nèi)的數(shù)組元素。S =(

17、RX)+ D)D=首址D為存儲(chǔ)區(qū)首址；(RX)為所訪單元距離首址的長(zhǎng)度；RX初值為0，每訪問一個(gè)單元，(RX)+1。格式操作碼 RX D 形式地址修改量基準(zhǔn)地址n-1.012.D+1D+2D+n-1 .格式（D的位數(shù)只需覆蓋一個(gè)較小的存儲(chǔ)區(qū)間） 基址尋址基址寄存器號(hào)Rb 4K指令給出一個(gè)寄存器號(hào)和一個(gè)地址量，寄存器內(nèi)容與地址量之和為有效地址。操作碼 Rb D 位移量S =(Rb)+ D)基準(zhǔn)地址相對(duì)于基址的位移 M.Rb 4K改變Rb的內(nèi)容，程序能訪問存儲(chǔ)空間中任何一個(gè)定長(zhǎng)區(qū)間(4K)。便于訪問兩維數(shù)組中某類指定的元素。 4K 4KRb M.RbD=2D=2學(xué)生姓名性別性別年齡年齡學(xué)生姓名變址

18、與基址的區(qū)別：變址：指令提供基準(zhǔn)量(不變)， R提供修改量(可變)；適 于處理一維數(shù)組?；罚褐噶钐峁┪灰屏?不變)， R提供基準(zhǔn)量(可變)；用 于擴(kuò)大有限字長(zhǎng)指令的訪 存空間。S =(RX)+(Rb)+ D)格式 基址加變址變址寄存器號(hào)指令給出兩個(gè)寄存器號(hào)和一個(gè)地址量，寄存器內(nèi)容與地址量之和為有效地址。位移量操作碼 RX Rb D 基址寄存器號(hào)便于處理兩維數(shù)組。格式 相對(duì)尋址指令給出位移量，PC內(nèi)容與位移量之和為有效地址。位移量操作碼 PC D 或隱含指定S =(PC)D)有效地址相對(duì)PC上下浮動(dòng),給編程帶來方便。格式 頁面尋址指令給出位移量，PC的高位部分與位移量拼接，形成有效地址。位移量

19、操作碼 PC D 或隱含指定S =(PC)H，D)例. M為64KB，劃分為256頁，每頁256B。頁號(hào)頁內(nèi)地址用于頁式管理存儲(chǔ)系統(tǒng)。尋址速度快，適于組織程序模塊，有效利用存儲(chǔ)空間。PC0165H7C.017CHS2. 對(duì)尋址方式的說明 （1）操作碼隱含說明不同尋址方式例.某機(jī)指令操作碼最高兩位00：RR型指令，寄存器-寄存器尋址01：RX型指令，寄存器-變址尋址10：SI型指令，基址-立即尋址11：SS型指令，基址-基址尋址（2）指令中設(shè)置專門字段說明尋址方式例.某機(jī)指令的每個(gè)地址字段中各設(shè)置一個(gè)3位的尋址方式字段。操作碼 尋址方式 R 尋址方式 R 源地址字段目的地址字段3位3位2.2.3

20、 指令類型1.傳送指令源地址 目的地址數(shù)設(shè)置時(shí)需考慮：（1）規(guī)定傳送范圍例. DJS-100系列： 80X86： IBM370：R MR M，R RR M，R R，M M（2）指明傳送單位例. 用操作碼說明(VAX-11)：用地址量說明(80X86)：傳送次數(shù)由計(jì)數(shù)器控制MOVB 8MOV AX，BX MOVW 16MOVL 32MOV AL，BL MOV EAX，EBX 例. 80X86的串傳送指令：REP MOVSW（3）設(shè)置尋址方式在尋址方式的設(shè)置上幾乎不受限制，能比較集中地反映指令系統(tǒng)各種尋址方式的實(shí)現(xiàn)。816322.輸入/輸出指令各種信息主機(jī) 外設(shè)設(shè)置時(shí)需考慮：（1）I/O指令的功能

21、擴(kuò)展如何用通用I/O指令實(shí)現(xiàn)對(duì)各種具體設(shè)備的控制？ I/O指令中留有擴(kuò)展余地指令中某些字段編碼事先不定義，需要時(shí)再約定其含義。 I/O接口中設(shè)置控制/狀態(tài)寄存器用于外設(shè)種類、數(shù)量不多的場(chǎng)合。（2）主機(jī)對(duì)外設(shè)的尋址方式如何設(shè)置控制/狀態(tài)寄存器是接口設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。尋找I/O接口中的寄存器的方式。主機(jī)用輸出指令或傳送指令將具體設(shè)備的控制命令按約定的代碼格式送往接口中的控制寄存器，向外設(shè)發(fā)出命令。外設(shè)的狀態(tài)信息也以某種格式放在接口的狀態(tài)寄存器中，主機(jī)用輸入指令或傳送指令從狀態(tài)寄存器中取出有關(guān)信息進(jìn)行查詢、分析。I/O端口尋找I/O接口中的寄存器的方式。如何為I/O端口分配地址？ 單獨(dú)編址I/O地址空間不

22、占主存空間，可與主存空間重疊。=1 訪問存儲(chǔ)器=0 訪問I/O端口需設(shè)置標(biāo)志區(qū)分訪問對(duì)象，如編址到寄存器：為每個(gè)寄存器(I/O端口)分配獨(dú) 立的端口地址； I/O指令中給出端口地址。M/IO 統(tǒng)一編址I/O端口占據(jù)部分主存空間。常將存儲(chǔ)空間的低端分配給主存單元，高端分配給I/O端口，以示區(qū)分。編址到寄存器 設(shè)置專用I/O指令針對(duì)單獨(dú)編址，用I/O指令訪問I/O端口。指令中說明輸入/輸出操作，并給出端口地址。 ：為每個(gè)寄存器(I/O端口)分配總 線地址； 訪問外設(shè)時(shí)，指令中給出總線地址。（3）I/O指令設(shè)置方式顯式I/O指令例. 80X86I/O指令設(shè)置 輸入：IN AL，n；端口地址(n) A

23、L(直接端口尋址) IN AL，DX；間接端口地址(DX) AL(間接端口尋址) 輸出：OUT n，AL；(AL) n(直接端口尋址) OUT DX，AL；(AL) (DX)(間接端口尋址)主機(jī)調(diào)用輸入機(jī)： 用傳送指令實(shí)現(xiàn)I/O操作針對(duì)統(tǒng)一編址，用傳送指令訪問I/O端口。不設(shè)專用I/O指令。例. 某機(jī)I/O接口中設(shè)置控制/狀態(tài)寄存器CSR,其總線地址為177550(8進(jìn)制)數(shù)據(jù)緩沖寄存器DBR，其總線地址為177552隱式I/O指令控制/狀態(tài)字格式：出錯(cuò) 故障 忙 完成 允許中斷 維護(hù) 校驗(yàn) 啟動(dòng)15 14 12 7 6 2 1 0啟動(dòng)：測(cè)試：取數(shù)：主機(jī) 177550控制字(啟動(dòng)位為1)傳送指

24、令主機(jī) 177550 狀態(tài)字傳送指令主機(jī) 177552 數(shù)據(jù)傳送指令 通過I/O處理機(jī)進(jìn)行I/O操作CPU執(zhí)行簡(jiǎn)單I/O指令 (啟動(dòng)、停止、查詢、清除)設(shè)置時(shí)需考慮操作數(shù)類型、符號(hào)、進(jìn)制等；運(yùn)算結(jié)束后設(shè)置相應(yīng)狀態(tài)標(biāo)志。兩級(jí)I/O指令（1）算術(shù)運(yùn)算指令I(lǐng)/O處理機(jī)執(zhí)行I/O操作指令 (輸入、輸出)3.算術(shù)邏輯運(yùn)算指令（2）邏輯運(yùn)算指令實(shí)現(xiàn)對(duì)代碼位的設(shè)置、測(cè)試、清除、修改等。與或異或控制程序流程。（1）轉(zhuǎn)移指令4. 程序控制指令（2）轉(zhuǎn)子指令與返回指令轉(zhuǎn)子：操作碼 子程序入口地址無條件轉(zhuǎn)移條件轉(zhuǎn)移循環(huán)：操作碼 轉(zhuǎn)移地址：操作碼 轉(zhuǎn)移地址 轉(zhuǎn)移條件：轉(zhuǎn)移條件為循環(huán)計(jì)數(shù)值返回：操作碼 返回地址同一條返

25、回指令應(yīng)能提供多個(gè)不同的返回地址。返回地址的存?。河枚褩４娣欧祷氐刂?。（3）軟中斷指令程序自陷指令 第二章復(fù)習(xí)提綱1.I/O指令的功能擴(kuò)展(目的、方法)，外設(shè)編址方式和指令設(shè)置方式。2.基本概念：擴(kuò)展操作碼(擴(kuò)展方法)、地址結(jié)構(gòu)(簡(jiǎn)化方法)、隱地址、顯地址、基本尋址方式(立即、直接、間址、變址)的含義與應(yīng)用場(chǎng)合。表示不同的功能調(diào)用調(diào)試程序早期主要用于程序的調(diào)試?，F(xiàn)在常常用于系統(tǒng)功能調(diào)用。以 INT n 的形式出現(xiàn)在程序中。 第三章 CPU子系統(tǒng)運(yùn)算部件 寄存器 寄存器控制部件運(yùn)算器控制器本章主要討論：運(yùn)算器 控制器數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu)與外部的連接指令的執(zhí)行過程CPU組成CPU工作原理 CPU組成原理

26、CPU工作機(jī)制（設(shè)計(jì)模型機(jī)） CPU子系統(tǒng)運(yùn)算器組成和運(yùn)算方法控制器原理定點(diǎn)乘法定點(diǎn)除法浮點(diǎn)運(yùn)算組合邏輯控制方式微程序控制方式基本思想控制器組成工作過程主機(jī)和外設(shè)的信息交換連接方式傳送控制方式查詢中斷DMA微指令編碼和微地址形成基本思想控制器組成工作過程時(shí)序控制本章知識(shí)架構(gòu)： 第一節(jié) 運(yùn)算器組織 3.1.1 運(yùn)算器的硬件組成運(yùn)算器 移位器 ALU輸入選擇器 ALU部件 寄存器 并行加法器 加法器輸入選擇器 全加器 進(jìn)位鏈 串行并行分組選擇操作數(shù)來源選擇操作數(shù)組合獨(dú)立結(jié)構(gòu)小型存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)單口雙口寄存器組獨(dú)立R、雙口RAM用多路選擇器作為ALU的輸入邏輯，單口RAM用鎖存器作為ALU的輸入邏輯。3.

27、1.2 運(yùn)算器的組織結(jié)構(gòu)1. 帶多路選擇器的運(yùn)算器移位器ALU多路選擇器多路選擇器R0RnR0. . . Rn R0. . . Rn 內(nèi)部總線（單向）特點(diǎn)：R各自獨(dú)立；可同時(shí)向ALU提供兩個(gè)操作數(shù)；采用單向內(nèi)總線。2. 帶輸入鎖存器的運(yùn)算器特點(diǎn)：?jiǎn)慰赗AM不能同時(shí)向ALU提供兩個(gè)操作數(shù)；用鎖存器暫存操作數(shù)；采用雙向內(nèi)總線。移位器ALU鎖存器鎖存器內(nèi)部總線（雙向）R0Rn通用寄存器組（小型存儲(chǔ)器）3. 位片式運(yùn)算器特點(diǎn)：用雙口RAM（兩地址端、兩數(shù)據(jù)端）作通用寄存器組，可同時(shí)提供數(shù)據(jù)；用多路選擇器作輸入邏輯，不需暫存操作數(shù)；ALU增加乘、除功能，用乘商寄存器存放乘數(shù)、乘積或商。例. 4位片運(yùn)算器

28、粗框移位器ALU多路選擇器多路選擇器DO RAMDi B 地址 A 地址 CnDBDAG、P控制信息Cn+4乘商寄存器444444444444 第二節(jié) 運(yùn)算方法3.2.1.1 補(bǔ)碼加減法數(shù)用補(bǔ)碼表示，符號(hào)位參加運(yùn)算。實(shí)際操作能否只取決于操作碼？結(jié)果需不需修正？如何將減法轉(zhuǎn)換為加法？ 3.2.1 定點(diǎn)加減運(yùn)算1. 基本關(guān)系式 ( X + Y )補(bǔ) = X補(bǔ) + Y補(bǔ) （1） ( X - Y )補(bǔ) = X補(bǔ) + (-Y)補(bǔ) （2）式（1）：操作碼為“加”時(shí)，兩數(shù)直接相加。3) X= 3 Y= 2 X補(bǔ)=0 0011 Y補(bǔ)=1 11100 0001（+1補(bǔ)碼）2) X= 3 Y= 2 X補(bǔ)=1 11

29、01 Y補(bǔ)=1 11101 1011（ 5補(bǔ)碼）1) X=3 Y=2 X補(bǔ)=0 0011 Y補(bǔ)=0 00100 0101（+5補(bǔ)碼）4) X= 3 Y= 2 X補(bǔ)=1 1101 Y補(bǔ)=0 00101 1111（1補(bǔ)碼）例. 求(X+Y)補(bǔ) ( X + Y )補(bǔ) = X補(bǔ) + Y補(bǔ) （1） ( X - Y )補(bǔ) = X補(bǔ) + (-Y)補(bǔ) （2）式（2）：操作碼為“減”時(shí)，將減轉(zhuǎn)換為加。 1) X= 4 Y= 5 X補(bǔ)=0 0100 Y補(bǔ)=1 1011(-Y)補(bǔ)=0 01010 1001（+9補(bǔ)碼）2) X= 4 Y= 5 X補(bǔ)=1 1100 Y補(bǔ)=0 0101(-Y)補(bǔ)=1 10111 0111

30、（9補(bǔ)碼）例. 求(X Y)補(bǔ)Y補(bǔ) (Y)補(bǔ)：將Y補(bǔ)變補(bǔ)不管Y補(bǔ)為正或負(fù)，將其符號(hào)連同尾數(shù)一起各位變反，末位加1。即將減數(shù)變補(bǔ)后與被減數(shù)相加。 X補(bǔ)=0 0100 Y補(bǔ)=1 1011 X補(bǔ)=1 1100 Y補(bǔ)=0 0101注意：某數(shù)的補(bǔ)碼表示與某數(shù)變補(bǔ)的區(qū)別。例. 1 0101原 1 1011補(bǔ)碼表示1 0011補(bǔ) 0 1101變補(bǔ) 0 0101原 0 0101補(bǔ)碼表示符號(hào)位不變；負(fù)數(shù)尾數(shù)改變，正數(shù)尾數(shù)不變。0 0011補(bǔ) 1 1101變補(bǔ)符號(hào)位改變，尾數(shù)改變。補(bǔ)碼的機(jī)器負(fù)數(shù)2. 算法流程操作數(shù)用補(bǔ)碼表示，符號(hào)位參加運(yùn)算結(jié)果為補(bǔ)碼表示，符號(hào)位指示結(jié)果正負(fù)X補(bǔ)+Y補(bǔ)X補(bǔ)+(-Y)補(bǔ)ADDSUB3

31、. 邏輯實(shí)現(xiàn)A(X補(bǔ))B(Y補(bǔ))+AABB+B+B+1CPA A（1）控制信號(hào)加法器輸入端：+A：打開控制門，將A送。+B：打開控制門，將B送。+1：控制末位加 1 。+B：打開控制門，將B送。加法器輸出端： A：打開控制門，將結(jié) 果送A輸入端。CPA：將結(jié)果打入A。（2）補(bǔ)碼加減運(yùn)算器粗框3.2.1.2 溢出判斷在什么情況下可能產(chǎn)生溢出？例.數(shù)A有4位尾數(shù)，1位符號(hào)SA 數(shù)B有4位尾數(shù)，1位符號(hào)SB 符號(hào)位參加運(yùn)算 結(jié)果符號(hào)Sf符號(hào)位進(jìn)位Cf尾數(shù)最高位進(jìn)位C正確0 00110 0010（1）A=3 B=2 3+2：0 0101 （2）A=10 B=7 10+7：0 10100 01111 0

32、001 正溢正確負(fù)溢正確正確（3）A= -3 B= -2-3+(-2)：1 1011 1 11011 1110（4）A= -10 B= -7 -10+(-7)：0 1111 1 01101 1001（5）A=6 B= -4 6+(-4)：0 0010 0 01101 1100（6）A= -6 B=4 -6+4：1 1110 1 10100 0100（2）A=10 B=7 10+7 ：0 1010 0 01111 0001 （4）A= -10 B= -7 -10+(-7)：0 1111 1 01101 10011. 硬件判斷邏輯一（SA、SB與Sf的關(guān)系）溢出=SASBSfSASfSB2. 硬件

33、判斷邏輯二（Cf與C的關(guān)系）正確0 00110 0010（1）A=3 B=2 3+2：0 0101 （2）A=10 B=7 10+7：0 10100 01111 0001 正溢正確負(fù)溢正確正確（3）A= -3 B= -2-3+(-2)：1 1011 1 11011 1110（4）A= -10 B= -7 -10+(-7)：0 1111 1 01101 1001（5）A=6 B= -4 6+(-4)：0 0010 0 01101 1100（6）A= -6 B=4 -6+4：1 1110 1 10100 0100Cf=0C =0Cf=0C =1Cf=1C =1Cf=1C =0Cf=1C =1Cf=

34、0C =0111111（2）A=10 B=7 10+7 ： 0 1010 0 01111 0001 （4）A= -10 B= -7 -10+(-7)：0 1111 1 01101 10011. 硬件判斷邏輯一（SA、SB與Sf的關(guān)系）溢出=SASBSfSASfSB2. 硬件判斷邏輯二（Cf與C的關(guān)系）溢出= Cf C3. 硬件判斷邏輯三（雙符號(hào)位）（1）3+2：正確00 001100 001000 0101 （2）10+7：00 101000 011101 0001 正溢正確負(fù)溢正確正確（3）-3+(-2)：11 0111 11 110111 1110（4）-10+(-7)：10 1111 1

35、1 011011 1001（5）6+(-4)：00 0010 00 011011 1100（6）-6+4：11 1110 11 101000 0100第一符號(hào)位Sf1第二符號(hào)位Sf2溢出= Sf1 Sf2（2）A=10 B=7 10+7 ： 0 1010 0 01111 0001 （4）A= -10 B= -7 -10+(-7)：0 1111 1 01101 10011. 硬件判斷邏輯一（SA、SB與Sf的關(guān)系）溢出=SASBSfSASfSB2. 硬件判斷邏輯二（Cf與C的關(guān)系）溢出= Cf C3. 硬件判斷邏輯三（雙符號(hào)位）3.2.1.3 移位操作邏輯移位 ：數(shù)碼位置變化，數(shù)值不變。1. 移

36、位類型算術(shù)移位 1 0 0 0 1 1 1 1循環(huán)左移：0 ：數(shù)碼位置變化，數(shù)值變化,符號(hào)位不變。1 0 0 1 1 1 1 算術(shù)左移：1 0 0 1 1 1 1 10 1 1 1 1 0 (-15)(-30)（1）單符號(hào)位 ： 0 01110 1110 （2）雙符號(hào)位：00 1110 00 01112.正數(shù)補(bǔ)碼移位規(guī)則（3）移位規(guī)則左移右移右移0 0111 0 0011 左移左移右移右移01 1100 00 1110 00 0111 數(shù)符不變（單：符號(hào)位不變；雙：第一符號(hào)位不變）?？瘴谎a(bǔ)0（右移時(shí)第二符號(hào)位移至尾數(shù)最高位）。（1）單符號(hào)位 ： 1 10111 0110 （2）雙符號(hào)位：10

37、1100 11 01103.負(fù)數(shù)補(bǔ)碼移位規(guī)則（3）移位規(guī)則左移右移右移1 1011 1 1101 左移右移右移11 0110 11 1011 數(shù)符不變（單：符號(hào)位不變；雙：第一符號(hào)位不變）。左移空位補(bǔ)0（第二符號(hào)位移至尾數(shù)最高位）。右移空位補(bǔ)13.2.1.4 舍入方法1. 0舍1入（原碼、補(bǔ)碼）0 00100原 1 00101原 1 11011補(bǔ) 2. 末位恒置1（原碼、補(bǔ)碼）0 00100原 1 11011補(bǔ) 1 00101原 0 0010原 1 0011原 1 1110補(bǔ) 0 0011原 1 0011原 1 1101補(bǔ) 1 0011原 1 1101補(bǔ) 例. 保留4位尾數(shù)： 例. 保留4位尾

38、數(shù)： 3.2.2 定點(diǎn)乘法運(yùn)算3.2.2.1 原碼一位乘法 每次用一位乘數(shù)去乘被乘數(shù)。 1.算法分析乘法 部分積累加、移位。例. 0.11011.1011乘積 P = X Y積符 SP= SX SYX原Y原（1）手算 0.1101 0.1011 1101 1101 0000 1101 0.10001111上符號(hào)：1.10001111部分積問題：1）加數(shù)增多（由乘數(shù)位數(shù)決定）。 2）加數(shù)的位數(shù)增多（與被乘數(shù)、乘 數(shù)位數(shù)有關(guān)）。改進(jìn)：將一次相加改為分步累加。（2）分步乘法每次將一位乘數(shù)所對(duì)應(yīng)的部分積與原部分積的累加和相加，并移位。設(shè)置寄存器： A：存放部分積累加和、乘積高位 B：存放被乘數(shù) C：存

39、放乘數(shù)、乘積低位 設(shè)置初值： A = 00.0000 B = X = 00.1101 C = Y = .1011 步數(shù) 條件 操作 A C 00.0000 .1011 1）Cn=1+BCn+ 00.110100.1101 0.1101 0.1011 1101 1101 0000 1101 0.10001111BC 1101 00.01101.101 0.1101 0.10112）Cn=1+B+ 00.110101.001100.100111.10 0.1101 0.1011 0.1101 0.1011 1101 1101 0000 1101 0.10001111BC3）Cn=0+0+ 00.0

40、00000.100100.0100111.14）Cn=1+B+ 00.110101.000100.10001111X原Y原 = 1.10001111 2.算法流程0 A、X B、Y C、0 CRCn = 1 ？CR = n ？1/2（A+B） A，C1/2（A+0） A，C CR + 1 CRYYNN Sx + Sy SA 3.運(yùn)算規(guī)則（1）操作數(shù)、結(jié)果用原碼表示；（2）絕對(duì)值運(yùn)算，符號(hào)單獨(dú)處理；（3）被乘數(shù)(B)、累加和(A)取雙符號(hào)位；（4）乘數(shù)末位(Cn)為判斷位，其狀態(tài)決定 下步操作；（5）作n次循環(huán)（累加、右移）。3.2.2.2 補(bǔ)碼一位乘法 1.算法分析 X補(bǔ) = X0.X1X2X

41、n（1）Y為正：Y補(bǔ) = 0.Y1Y2Yn (XY)補(bǔ) = X補(bǔ)(0.Y1Y2Yn)（2）Y為負(fù)：Y補(bǔ) = 1.Y1Y2Yn (XY)補(bǔ) = X補(bǔ)(0.Y1Y2Yn)+(-X)補(bǔ)（3）Y符號(hào)任意： (XY)補(bǔ) = X補(bǔ)(0.Y1Y2Yn)+(-X)補(bǔ)Y0符號(hào)位（4）展開為部分積的累加和形式：(XY)補(bǔ) = X補(bǔ)(0.Y1Y2Yn)+(-X)補(bǔ)Y0 = X補(bǔ)(0.Y1Y2Yn)-X補(bǔ)Y0 = X補(bǔ)(-Y0+2 Y1+2 Y2+2 Yn)-1 -2 -n = X補(bǔ) -Y0+(Y1-2 Y1)+(2 Y2-2 Y2)+-1 -1 -2-(n-1) -n +(2 Yn-2 Yn) = X補(bǔ) (Y1-Y

42、0)+2 (Y2-Y1)+2 (Y3-Y2)+-1 -2 +2 (0 -Yn)-n +2 (0 -Yn)-nYn+1 = X補(bǔ) (Y1-Y0)+2 (Y2-Y1)+2 (Y3-Y2)+-1 -2 +2 (0 -Yn)-nYn+1比較法：用相鄰兩位乘數(shù)比較的結(jié)果決定 +X補(bǔ)、-X補(bǔ)或+0。 2.比較法算法Yn(高位) Yn+1(低位) 操作(A補(bǔ)為部分積累加和) 0 00 11 01 1 1/2A補(bǔ) 1/2(A補(bǔ)+X補(bǔ)) 1/2(A補(bǔ)-X補(bǔ)) 1/2A補(bǔ)( 0 )( 1 )(-1 )( 0 )3.運(yùn)算實(shí)例X=-0.1101,Y=-0.1011,求(XY)補(bǔ)。初值：A=00.0000,B=X補(bǔ)=1

43、1.0011, -B=(-X)補(bǔ)=00.1101,C =Y補(bǔ)=1.0101步數(shù) 條件 操作 A C 00.0000 1.0101 1）1 0-BCn+ 00.110100.110100.011011.01012）0 1+B+ 11.001111.100111.1100111.0103）1 0-B+ 00.110100.100100.01001111.014）0 1+B+ 11.001111.011111.101111111.00 Cn+1CnCn+15）1 0-B+ 00.1101(XY)補(bǔ) = 0.100011114）0 1+B+ 11.001111.011111.101111111.05）

44、1 0-B+ 00.110100.10001111修正(1)A、B取雙符號(hào)位，符號(hào)參加運(yùn)算；(2)C取單符號(hào)位，符號(hào)參加移位，以決定最后是否 修正；(3)C末位設(shè)置附加位Cn+1，初值為0，CnCn+1組成判 斷位，決定運(yùn)算操作；(4)作n步循環(huán),若需作第n+1步,則不移位,僅修正。 4.運(yùn)算規(guī)則1.0 : -B修正0.1 : +B修正0.0 : 不修正1.1 : 不修正 3.2.3 定點(diǎn)除法運(yùn)算除法 若干余數(shù)與除數(shù)加減、移位。例. 0.101100.111110.10110 11010.01 111110.111110001 11111 1010101 11111 101100.00000.

45、0.商： 0.10110余數(shù)：0.101102 5實(shí)現(xiàn)除法的關(guān)鍵：比較余數(shù)、除數(shù)絕對(duì)值大小，以決定上商。3.2.3.1 原碼恢復(fù)余數(shù)法1.算法 比較兩數(shù)大小可用減法試探。2余數(shù)-除數(shù)=新余數(shù)為正:夠減,商1。為負(fù):不夠減,商0,恢復(fù)原余數(shù)。2.實(shí)例X=-0.10110，Y=0.11111，求X/Y，給出商Q和余數(shù)R設(shè)置：A：被除數(shù)、余數(shù)，B：除數(shù)，C：商初值：A= X = 00.10110 B= Y = 00.11111 C= Q = 0.00000 -B= 11.00001步數(shù) 條件 操作 A C 00.10110 0.00000 1）0-B 01.01100+11.0000100.0110

46、10.000012）1 -B00.11010+11.0000111.110110.000103）恢復(fù)余數(shù)+B+00.1111100.1101001.101000.001014）0-B+11.0000100.10101CnSAQ1 Q2 Q3 r02r0r12r1r2r22r2r3步數(shù) 條件 操作 A C 00.10101 0.00101 5）0-B 01.01010+11.0000100.010110.010116）1 -B00.10110+11.0000111.101110.101107）恢復(fù)余數(shù)+B+00.1111100.10110Q= -0.10110CnQ4 Q5 Q3 r32r3r4

47、2r4r5r5R= 0.101102-5X/Y=-0.10110+-0.101102-5 0.111113.說明（1）A、B雙符號(hào)位，X、Y絕對(duì)值，X 小于 Y 。（2）運(yùn)算結(jié)束后，余數(shù)乘以2 ，與被除數(shù)同號(hào)。-n3.2.3.2 原碼不恢復(fù)余數(shù)法（加減交替法）1.算法分析第二步:2r1-B=r20第三步:r2+B=r2(恢復(fù)余數(shù))第四步:2r2-B=r32r2-B=2(r2+B)-B =2r2+B=r3 第二步:2r1-B=r20第三步:2r2+B=r3 (不恢復(fù)余數(shù))2.算法 ri+1=2ri+(1-2Qi)Yri為正，則Qi為1，第i+1步作2ri-Y；ri為負(fù)，則Qi為0，第i+1步作2

48、ri+Y。3.實(shí)例X=0.10110，Y=-0.11111，求X/Y，給出商Q和余數(shù)R。初值：A= X = 00.10110 B= Y = 00.11111 C= Q = 0.00000 -B=11.00001步數(shù) 條件 操作 A C 00.10110 0.00000 1）為正-B 01.01100+11.0000100.011010.000012）為負(fù) -B00.11010+11.0000111.110110.000103）+B+00.1111111.101100.00101為正00.10101Cn rQ1 Q2 Q3 r02r0r12r1r22r2r34）為正-B 01.01010+11.

49、0000100.010110.01011Q4 2r3r4步數(shù) 條件 操作 A C 00.01011 0.01011 6）為負(fù) 恢復(fù)余數(shù)+B+00.1111100.10110Q= -0.10110CnQ4 r45）為正-B 00.10110+11.0000111.101110.10110Q5 2r4r5r5R= 0.101102-5X/Y=-0.10110+ 0.101102-5 -0.11111 4.運(yùn)算規(guī)則（1）A、B取雙符號(hào)位，X、Y取絕對(duì)值運(yùn)算，X Y 。（2）根據(jù)余數(shù)的正負(fù)決定商值及下一步操作。（3）求n位商，作n步操作；若第n步余數(shù)為負(fù)，則第n+1步恢復(fù)余數(shù)，不移位。3.2.3.3

50、補(bǔ)碼不恢復(fù)余數(shù)法（加減交替法）如何判斷是否夠減？如何上商？ 如何確定商符？ 1.判夠減(1)同號(hào)相除4 77 4-4 -7-7 -41-4 7-7 44 -77 -4010-43-7-3-(-4)-3-(-7)3夠減不夠減夠減不夠減夠減：r與X、Y同號(hào)；不夠減：r與X、Y異號(hào)。(2)異號(hào)相除 10 1 0+(-4) 3+(-7)-3 +4-3 +7 3夠減夠減不夠減不夠減夠減：r與X同號(hào),與Y異號(hào)；不夠減：r與X異號(hào),與Y同號(hào)。（3）判斷規(guī)則同號(hào)：作X補(bǔ)-Y補(bǔ)X補(bǔ)Y補(bǔ)夠減：r補(bǔ)與Y補(bǔ)同號(hào)不夠減：r補(bǔ)與Y補(bǔ)異號(hào)異號(hào)：作X補(bǔ)+Y補(bǔ)夠減：r補(bǔ)與Y補(bǔ)異號(hào)不夠減：r補(bǔ)與Y補(bǔ)同號(hào)2.求商值X補(bǔ)Y補(bǔ)同號(hào)：商

51、為正異號(hào)：商為負(fù)夠減商1不夠減商0夠減商0不夠減商1(r、Y同號(hào))(r、Y異號(hào))(r、Y異號(hào))(r、Y同號(hào))夠減商1不夠減商0夠減商0不夠減商1(r、Y同號(hào))(r、Y異號(hào))(r、Y異號(hào))(r、Y同號(hào))(r、Y同號(hào))(r、Y異號(hào))(r、Y異號(hào))(r、Y同號(hào))夠減商1不夠減商0夠減商0不夠減商1上商規(guī)則：Qi=SriSY余數(shù)與除數(shù)同號(hào)商1，異號(hào)商0。3.算法 (ri+1)補(bǔ)=2ri補(bǔ)+(1-2Qi補(bǔ))Y補(bǔ)ri補(bǔ)與Y補(bǔ)同號(hào)，則Qi補(bǔ)為1，第i+1步作2ri補(bǔ)-Y補(bǔ)；ri補(bǔ)與Y補(bǔ)異號(hào)，則Qi補(bǔ)為0，第i+1步作2ri補(bǔ)+Y補(bǔ)。4.求商符令X補(bǔ) = r0補(bǔ)r0補(bǔ)與Y補(bǔ)同號(hào)：Q0補(bǔ)=1異號(hào)：Q0補(bǔ)=0與實(shí)

52、際商符相反商符5.商的校正X補(bǔ)Y補(bǔ)=(-1+2 + 2 Qi補(bǔ))+ 2 rn補(bǔ)Y補(bǔ)-n-in-1i=0-n商余數(shù)真商=假商+1.00001=Q0.Q1Q2Qn-1求n-1位商(假商)X補(bǔ)Y補(bǔ)=(-1+2 + 2 Qi補(bǔ))+ 2 rn補(bǔ)Y補(bǔ)-n-in-1i=0-n商余數(shù)(1) 2 Qi補(bǔ)n-1i=0-i(2)2-n第n位商(末位商)恒置1(3)-1商符變反n位(4)余數(shù)求至rn6.實(shí)例X=0.10110，Y=-0.11111，求X/Y，給出商Q和余數(shù)R。初值：A =X補(bǔ)=00.10110 B =Y補(bǔ)=11.00001 C =Q補(bǔ)=0.00000 -B =00.11111步數(shù) 條件 操作 A C

53、00.10110 0.0000 1）異號(hào)+B 01.01100+11.0000100.01101 0.00002）同號(hào) +B00.11010+11.0000111.11011 0.0001Cn-1r、YQ1 Q2 r02r0r12r1r2求商符Q0 異號(hào)0 5）+B+11.0000100.1011011.10111步數(shù) 條件 操作 A C 11.11011 0.0001 3）異號(hào)-B 11.10110+00.1111100.10101 0.00104）異號(hào) +B01.01010+11.0000100.01011 0.0100Cn-1r、YQ3 Q2 r22r2r32r3r42r4r5假商=0.

54、0100Q4 真商=0.0100+1.00001=1.01001Q= -0.10111 R= -0.010012X/Y=-0.10111+-0.010012-5 -0.11111-5 7.運(yùn)算規(guī)則（1）A、B取雙符號(hào)位，符號(hào)參加運(yùn)算，并且 X BE，則BE+1 BE，BM，直到BE=AE1.1010(2) 0.0101 +0.1101AM + BM AM4.結(jié)果規(guī)格化 M 1應(yīng)左移規(guī)格化應(yīng)右移規(guī)格化AE-1 AE若 Af1Af2=1,則右規(guī)：(1) 11.0001 +00.100111.1010(2) 00.0101 +00.110101.0010(-1/2除外)Af1Af2 A1AM11.1

55、010若 Af1Af2A1+Af1Af2A1=1,則左規(guī)：01.0010Af1Af2 AMAE+1 AE3.2.4.2 浮點(diǎn)乘法運(yùn)算步驟：1.檢測(cè)操作數(shù)是否為0。2.階碼相加。若階碼用移碼表示，相加后要修正。浮點(diǎn)乘 定點(diǎn)加、定點(diǎn)乘3.尾數(shù)相乘。相乘前不需對(duì)階。設(shè)A=2 AM，B=2 BM AEBEAE+BEAB=2 (AMBM) 4.結(jié)果規(guī)格化。一般左規(guī)。3.2.4.3 浮點(diǎn)除法運(yùn)算步驟：1.檢測(cè)操作數(shù)是否為0。2. AM BM ?浮點(diǎn)除 定點(diǎn)減、定點(diǎn)除4.尾數(shù)相除。相除前不需對(duì)階。設(shè)A=2 AM，B=2 BM AEBE5.結(jié)果不再規(guī)格化。AE-BEAB=2 (AMBM) 3.階碼相減。若階碼

56、用移碼表示，相減后要修正。 見教學(xué)網(wǎng)站。第三章作業(yè)（一）第三節(jié) 組合邏輯控制器原理3.3.1 控制器組成微命令發(fā)生器微命令序列I/O狀態(tài)控制臺(tái)信息運(yùn)行狀態(tài)譯碼. PSW 時(shí)序 IR地址形成PCD尋來自M送M或ALU+1送M微命令發(fā)生器微命令序列I/O狀態(tài)控制臺(tái)信息運(yùn)行狀態(tài)譯碼. PSW 時(shí)序 IR地址形成PCD尋來自M送M或ALU+1送M微命令發(fā)生器1.微命令發(fā)生器功能：產(chǎn)生全機(jī)所需的各種微命令控制最基本的操作(微操作)的命令電位型脈沖型微命令發(fā)生器微命令序列I/O狀態(tài)控制臺(tái)信息運(yùn)行狀態(tài)譯碼. PSW 時(shí)序 IR地址形成PCD尋來自M送M或ALU+1送M2.指令計(jì)數(shù)器PC功能：指示指令在M中的

57、位置。PC+1順序執(zhí)行：PC先+1，再用轉(zhuǎn)移地址修改PC微命令發(fā)生器PC轉(zhuǎn)移執(zhí)行：3.指令寄存器IR功能：存放現(xiàn)行指令。決定操作性質(zhì)操作碼字段操作數(shù)地址轉(zhuǎn)移地址PC微命令發(fā)生器微命令序列I/O狀態(tài)控制臺(tái)信息運(yùn)行狀態(tài)譯碼. PSW 時(shí)序 IR地址形成D尋來自M送M或ALU+1送M微命令發(fā)生器PC IR地址碼字段譯碼器微命令發(fā)生器地址形成部件尋D4.狀態(tài)寄存器PSW功能：指示程序運(yùn)行方式，反映程序運(yùn)行結(jié)果。例. 某機(jī)的PSWPC微命令發(fā)生器微命令序列I/O狀態(tài)控制臺(tái)信息運(yùn)行狀態(tài)譯碼. PSW 時(shí)序 IR地址形成D尋來自M送M或ALU+1送M微命令發(fā)生器PC IR PSW工作方式 優(yōu)先級(jí) T N Z

58、 V C15 12 11 8 7 6 5 4 3 2 1 0C=1 進(jìn)位 V=1 溢出Z=1 結(jié)果為0N=1 結(jié)果為負(fù)T=1, 執(zhí)行跟蹤程序（1）條件碼反映程序運(yùn)行結(jié)果工作方式 優(yōu)先級(jí) T N Z V C15 12 11 8 7 6 5 4 3 2 1 0（2）跟蹤標(biāo)志為程序查錯(cuò)設(shè)置的斷點(diǎn)標(biāo)志T。程序初始化置T為1.測(cè)試T跟蹤程序.程序優(yōu)先級(jí)高于外部?jī)?yōu)先級(jí)，不響應(yīng)程序優(yōu)先級(jí)低于外部?jī)?yōu)先級(jí)，可響應(yīng)用戶方式：禁止程序執(zhí)行某些指令核心方式：允許程序執(zhí)行所有指令（3）優(yōu)先級(jí)為現(xiàn)行程序賦予優(yōu)先級(jí)別，以決定是否響應(yīng)外部中斷請(qǐng)求。工作方式 優(yōu)先級(jí) T N Z V C15 12 11 8 7 6 5 4 3

59、2 1 0（4）工作方式規(guī)定程序的特權(quán)級(jí)。PSW在CPU中，反映程序運(yùn)行狀態(tài)；控制/狀態(tài)字在接口中,反映CPU命令、設(shè)備狀態(tài)。5.時(shí)序線路功能：控制操作時(shí)間和操作時(shí)刻。PC微命令發(fā)生器微命令序列I/O狀態(tài)控制臺(tái)信息運(yùn)行狀態(tài)譯碼. PSW 時(shí)序 IR地址形成D尋來自M送M或ALU+1送M微命令發(fā)生器PC IR PSW 時(shí)序振蕩器分頻器時(shí)鐘脈沖工作脈沖時(shí)鐘周期(節(jié)拍)產(chǎn)生電位型微命令，控制操作時(shí)間段產(chǎn)生脈沖型微命令，控制定時(shí)操作1.取指令PCPC微命令發(fā)生器微命令序列I/O狀態(tài)控制臺(tái)信息運(yùn)行狀態(tài)譯碼. PSW 時(shí)序 IR地址形成D尋來自M送M或ALU+1送M微命令發(fā)生器PC IR PSW 時(shí)序3.

60、3.2 控制器工作過程地址M指令I(lǐng)R、譯碼(、尋址方式)PC+1PC2.取數(shù)PC微命令發(fā)生器微命令序列I/O狀態(tài)控制臺(tái)信息運(yùn)行狀態(tài)譯碼. PSW 時(shí)序 IR地址形成D尋來自M送M或ALU+1送M微命令發(fā)生器PC IR PSW 時(shí)序按尋址方式，或從寄存器取數(shù)，或從存儲(chǔ)器取數(shù)。3.執(zhí)行按操作碼對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理。1.組合邏輯控制方式3.3.3 組合邏輯控制方式的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用綜合化簡(jiǎn)產(chǎn)生微命令的條件，形成邏輯式，用組合邏輯電路實(shí)現(xiàn)；執(zhí)行指令時(shí)，由組合邏輯電路(微命令發(fā)生器)在相應(yīng)時(shí)間發(fā)出所需微命令，控制有關(guān)操作。 產(chǎn)生微命令的速度較快。2.優(yōu)缺點(diǎn) 設(shè)計(jì)不規(guī)整，設(shè)計(jì)效率較低； 不易修改、擴(kuò)展指令系統(tǒng)功