教學(xué)課件-計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第1章

緒

論第2章

數(shù)的表示與計(jì)算體系第3章

指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)第4章

中央處理器體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第5章

存儲(chǔ)器體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第6章I/O系統(tǒng)設(shè)計(jì)第7章

并行處理與普適計(jì)算第8章生物計(jì)算機(jī)第9章

光計(jì)算機(jī)第10章

量子計(jì)算機(jī)主要參考文獻(xiàn)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第1章緒論1.1計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的基本概念1.2計(jì)算機(jī)的發(fā)展簡(jiǎn)史1.3計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的分類1.4計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能指標(biāo)1.5計(jì)算機(jī)的應(yīng)用習(xí)

題

1第1章

緒論1.1計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的基本概念

計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)(ComputerArchitecture)：又稱為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，指機(jī)器語(yǔ)言程序員看到的傳統(tǒng)機(jī)器級(jí)具有的屬性結(jié)構(gòu)，包括概念性結(jié)構(gòu)和功能性結(jié)構(gòu)兩方面。

計(jì)算機(jī)組織(ComputerOrganization)：也稱為計(jì)算機(jī)組成，指計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的邏輯實(shí)現(xiàn)或邏輯結(jié)構(gòu)，即物理機(jī)器級(jí)內(nèi)各部件的功能及各部件的聯(lián)系，各事件的控制方式與排序方式，包括物理機(jī)器級(jí)內(nèi)數(shù)據(jù)流和控制流的組成及邏輯設(shè)計(jì)等。

計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)(ComputerImplementation)：指計(jì)算機(jī)組成的物理實(shí)現(xiàn)或物理結(jié)構(gòu)，即器件技術(shù)(占主導(dǎo)作用)和微組裝技術(shù)，包括處理機(jī)、主存、外設(shè)等器件的物理結(jié)構(gòu)與器件集成，信號(hào)傳輸技術(shù)，模塊、插件、底板的劃分與連接，電源、冷卻及整機(jī)裝配技術(shù)等。

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(ComputerSystem)包括硬件和軟件兩大部分。

計(jì)算機(jī)硬件(ComputerHardware)：或硬件系統(tǒng)，指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的實(shí)體部分，即計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中電子、機(jī)械、光電等元件組成的各種物理器件的總稱。

計(jì)算機(jī)軟件(ComputerSoftware)：或軟件系統(tǒng)，指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的軟體部件，即計(jì)算機(jī)程序及其文檔。計(jì)算機(jī)軟件一般分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大類。圖1.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.2計(jì)算機(jī)的發(fā)展簡(jiǎn)史1.2.1機(jī)械式計(jì)算機(jī)的發(fā)展算盤(pán)是人類最早的計(jì)算工具帕斯卡的加法機(jī)圖1.3哈佛Mark-I

Mark-I是一種完全機(jī)電式的計(jì)算機(jī)。它長(zhǎng)15米，高2.4米，有15萬(wàn)個(gè)元件，還有800千米導(dǎo)線，使用了3000多個(gè)繼電器，重量達(dá)5噸。其核心是72個(gè)循環(huán)寄存器，每個(gè)可存放一個(gè)正或負(fù)的23bit的數(shù)字。數(shù)據(jù)和指令通過(guò)穿孔卡片機(jī)輸入，輸出則由電傳打字機(jī)實(shí)現(xiàn)。其加法速度是300ms，乘法速度是6s，除法速度是11.4s。IBM公司方面把它命名為ASCC（AutomaticSequenceControlledCalculator）。1.2.2電子計(jì)算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)的發(fā)展時(shí)代年份硬件軟件應(yīng)用一1946～1958電子管機(jī)器語(yǔ)言匯編語(yǔ)言科學(xué)計(jì)算二1959～1965晶體管高級(jí)語(yǔ)言數(shù)據(jù)處理三1965～1971小規(guī)模集成電路(Small-ScaleIntegration，SSI)，中規(guī)模集成電路(Medium-ScaleIntegration，MSI)操作系統(tǒng)工業(yè)控制四1971～1990大規(guī)模集成電路(Large-ScaleIntegration，LSI)數(shù)據(jù)庫(kù)網(wǎng)絡(luò)商業(yè)領(lǐng)域五1990年至今超大規(guī)模集成電路(Very-large-scaleintegration，VLSI)人工智能各個(gè)領(lǐng)域表1.1電子計(jì)算機(jī)發(fā)展的5代

Colossuscomputer（巨人）是世界上最早的電子數(shù)字機(jī)器。1936年，年僅23歲的圖靈提出了日后被稱為“圖靈機(jī)”的抽象裝置，它可以被用來(lái)模擬任何計(jì)算機(jī)算法的邏輯。圖靈Colossuscomputer(1)電子管時(shí)代(1946

~

1959年)1946年2月14日，美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)莫爾學(xué)院制成的大型的電子數(shù)值積分計(jì)算機(jī)ENIAC(ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator)通過(guò)驗(yàn)收，這就是人們常常提到的世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)。運(yùn)算速度比繼電器計(jì)算機(jī)快1000倍，功率為150千瓦，18000多只電子管、10000多只電容器、70000只電阻、1500多個(gè)繼電器，占地160多平方米，重達(dá)30噸，5種功能（每秒5000次加法運(yùn)算、每秒50次乘法運(yùn)算、能進(jìn)行平方和立方計(jì)算、sin和cos函數(shù)數(shù)值運(yùn)算、其他更復(fù)雜的計(jì)算）。但是，尚未完全具備現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的主要特征，并且采用十進(jìn)制計(jì)算。馮?諾依曼ENIAC（2）晶體管時(shí)代（1959年—1964年）IBM7090晶體管（3）中、小規(guī)模集成電路時(shí)代（1964年—1975年）IBMS/360-20（4）超大規(guī)模集成電路時(shí)代（1975年—1990年）IBMPCAPPLEII（5）超級(jí)規(guī)模集成電路時(shí)代（1990年—現(xiàn)在）1.2.3微處理器的發(fā)展

1971年11月15日，全球第一款微處理器“Intel4004”從Intel公司誕生。

微處理器（Microprocessor，μP或MPU）：是由一片或幾片大規(guī)模集成電路組成的中央處理部件，包括運(yùn)算器、控制器和一定數(shù)量的寄存器。

微型計(jì)算機(jī)：是指以微處理器為基礎(chǔ)，配以內(nèi)存儲(chǔ)器和I/O接口電路和輔助電路構(gòu)成的一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的電路系統(tǒng)。

微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：是指微型計(jì)算機(jī)在配以相應(yīng)的外圍設(shè)備，安裝必要的軟件構(gòu)成的系統(tǒng)。時(shí)代年份位數(shù)典型處理器一1971~19734位Intel4004,Intel8008,等二1974~19778位Intel8080/8085,Z80,M6800,等三1978~198416位Intel8086,8088,Z8000,M68000,等四1985~199232位Intel80386,80486,等五1993-200564位IntelPentium系列,AMDK6,等六2005年至今多核Intel酷睿（core）系列,AMD速龍,等表1.2微處理器的6代1.2.4從模擬計(jì)算機(jī)到數(shù)字計(jì)算機(jī)

數(shù)字式電子計(jì)算機(jī)（DigitalElectronicComputer），即數(shù)字計(jì)算機(jī)，是當(dāng)今世界電子計(jì)算機(jī)行業(yè)中的主流，其內(nèi)部處理的是一種稱為符號(hào)信號(hào)或數(shù)字信號(hào)的電信號(hào)。在時(shí)間上和數(shù)量上都是離散的物理量稱為數(shù)字量，把表示數(shù)字量的信號(hào)叫數(shù)字信號(hào)，把工作在數(shù)字信號(hào)下的電子電路叫數(shù)字電路。由于這種處理信號(hào)的差異，使得其組成結(jié)構(gòu)和性能優(yōu)于模擬計(jì)算機(jī)。表1.3模擬計(jì)算機(jī)與數(shù)字計(jì)算機(jī)的比較1.2.5計(jì)算機(jī)軟件的發(fā)展（1）機(jī)器語(yǔ)言階段（2）匯編語(yǔ)言階段

匯編程序（Assembler，或匯編器），是將匯編語(yǔ)言編制的程序（稱為源程序，如asm文件）翻譯成機(jī)器語(yǔ)言程序（稱為目標(biāo)程序，如obj文件）的工具，并進(jìn)一步連接成為可執(zhí)行程序（比如exe文件）。使用符號(hào)語(yǔ)言編程序仍然需要面向一臺(tái)具體的機(jī)器。（3）高級(jí)語(yǔ)言階段包括編譯方式和解釋方式。（4）操作系統(tǒng)階段（5）Web服務(wù)階段1.3.1馮?諾依曼體系結(jié)構(gòu)1.3計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的分類馮?諾依曼思想的基本要點(diǎn)可歸納如下：（1）計(jì)算機(jī)由輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、運(yùn)算器、存儲(chǔ)器和控制器五大部件組成。（2）采用二進(jìn)制形式

表示數(shù)據(jù)和指令（3）采用存儲(chǔ)程序方式輸入設(shè)備存儲(chǔ)器輸出設(shè)備運(yùn)算器控制器圖1.22典型的馮?諾依曼計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)圖1.3.2哈佛體系結(jié)構(gòu)

在DSP(digitalsignalprocessor)算法中，最大的工作量之一是與存儲(chǔ)器交換信息，這其中包括作為輸入信號(hào)的采樣數(shù)據(jù)、濾波器系數(shù)和程序指令。為此，哈佛大學(xué)提出了與馮?諾依曼結(jié)構(gòu)完全不同的另一種計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，人們習(xí)慣稱之為哈佛結(jié)構(gòu)。使用哈佛結(jié)構(gòu)的處理器有：AVR、ARM9、ARM10、ARM11等。圖1.24哈佛結(jié)構(gòu)圖1.25哈佛結(jié)構(gòu)指令和數(shù)據(jù)有不同的數(shù)據(jù)寬度圖1.23馮?諾依曼結(jié)構(gòu)的處理器對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)操作1.3.3Flynn計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的分類

1966年，美國(guó)斯坦福大學(xué)教授Michael.J.Flynn提出根據(jù)指令流、數(shù)據(jù)流的多倍性（multiplicity）特征對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行分類。（1）單指令流單數(shù)據(jù)流（SingleInstructionStreamSingleDataStream，SISD）（2）單指令流多數(shù)據(jù)流（SingleInstructionStreamMultipleDataStream，SIMD）（3）多指令流單數(shù)據(jù)流（MultipleInstructionStreamSingleDataStream，MISD）（4）多指令流多數(shù)據(jù)流（MultipleInstructionStreamMultipleDataStream，MIMD）1.3.4馮澤云分類法

1972年，美籍華人馮澤云教授（Tse-yunFeng）提出用最大并行度來(lái)對(duì)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類。由此得出四種不同的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)：（1）字串行、位串行(簡(jiǎn)稱WSBS)。其中N=1，M=1。（2）字并行、位串行(簡(jiǎn)稱WPBS)。其中N=1，M>1。（3）字串行、位并行(簡(jiǎn)稱WSBP)。其中N>1，M=1。（4）字并行、位并行(簡(jiǎn)稱WPBP)。其中N>1，M>1。1.3.5計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)圖1.26計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的語(yǔ)言層次結(jié)構(gòu)

從語(yǔ)言的角度出發(fā)，把計(jì)算機(jī)系統(tǒng)按功能劃分成5個(gè)層次級(jí)別，每一級(jí)以一種不同的語(yǔ)言為特征，每一級(jí)都能進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。1.3.6計(jì)算機(jī)的總線組織結(jié)構(gòu)圖1.27現(xiàn)代計(jì)算機(jī)總線組織結(jié)構(gòu)

采用總線結(jié)構(gòu)可以大大減少傳輸線數(shù)，減輕發(fā)送部件的負(fù)載，并可簡(jiǎn)化硬件結(jié)構(gòu)，靈活地組織、修改與擴(kuò)充系統(tǒng)。

按其任務(wù)，可把總線分為下面幾種類型。CPU內(nèi)部總線：這是一級(jí)數(shù)據(jù)線，是用來(lái)連接CPU內(nèi)部各寄存器和算術(shù)邏輯部件的總線。在微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，CPU內(nèi)部總線就是芯片內(nèi)的總線。部件內(nèi)總線：在計(jì)算機(jī)中，通常按功能模塊制作成插件，在插件上也常采用總線結(jié)構(gòu)連接有關(guān)芯片。這一級(jí)屬芯片間的總線。系統(tǒng)總線：這是連接系統(tǒng)內(nèi)各大部件如CPU、主存、I/O設(shè)備等的總線，它是連接整機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。系統(tǒng)總線包括地址線、數(shù)據(jù)線、控制/狀態(tài)信號(hào)線。外總線：這是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與其他系統(tǒng)之間的通信總線。

按照總線信息傳送方向區(qū)分，總線又可分為單向總線和雙向總線兩種。根據(jù)不同的總線組織，可以將計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)做如下分類：（1）單總線結(jié)構(gòu)（2）雙總線結(jié)構(gòu)（3）通道結(jié)構(gòu)

通道是一種具有處理機(jī)功能的專門(mén)用來(lái)管理I/O操作的控制部件。具有通道的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通常采用主機(jī)、通道、I/O設(shè)備控制器、I/O設(shè)備四級(jí)連接方式，這種結(jié)構(gòu)具有較大的變化和擴(kuò)展余地。

對(duì)于較小的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，可將設(shè)備控制器與I/O設(shè)備合并在一起，將通道與CPU合并在一起。對(duì)較大的系統(tǒng)，則可單獨(dú)設(shè)置通道。對(duì)更大的系統(tǒng)，可將通道發(fā)展為專門(mén)的I/O處理機(jī)，甚至功能更強(qiáng)的前端機(jī)。[例1.1]圖1.32為主機(jī)框圖，根據(jù)要求回答存數(shù)指令的信息流程。圖1.32某主機(jī)框圖解:取指令：PC→MAR→M→MDR→IR分析指令：OP(IR)→CU執(zhí)行指令：Ad(IR)→MAR→M,ACC→MDR→M123567894CU控制單元主存儲(chǔ)器MDRMAR存儲(chǔ)體CPUPC控制器IR…運(yùn)算器MQACCALUXI/O設(shè)備1.3.7計(jì)算機(jī)的軟件系統(tǒng)[例1.2]環(huán)路復(fù)雜度用來(lái)定量度量程序的邏輯復(fù)雜度，常用McCabe方法來(lái)表示。一個(gè)有e條邊和n個(gè)節(jié)點(diǎn)的流程圖F，其環(huán)路復(fù)雜度為：V(G)=e－n+2 （1.1）圖1.33某程序圖解：根據(jù)圖可知，e=8，n=6，根據(jù)公式V(G)=e-n+2，有：8-6+2=41.4.1摩爾定律

1964年，英特爾公司創(chuàng)始人戈登·摩爾（GordonMoore）在一篇短論文里提到：每18個(gè)月，集成電路的性能將提高一倍，而其價(jià)格將降低一半。

摩爾定律有另外一種表述方法，即每過(guò)10年計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能將會(huì)增加100倍，通訊帶寬也會(huì)提高100倍，而花費(fèi)的資金不會(huì)增加。1.4計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能指標(biāo)1.4.2性能測(cè)試程序

計(jì)算機(jī)性能通常用峰值性能（Peakperformance）和持續(xù)性能（Sustainedperformance）來(lái)評(píng)價(jià)。

峰值性能是指在理想情況下計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可獲得的最高理論性能，它不能反映出系統(tǒng)的實(shí)際性能。

實(shí)際性能又稱持續(xù)性能，其值只有峰值性能的5%~35%，這是因?yàn)閷?shí)際程序運(yùn)行時(shí)會(huì)受到硬件結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)、算法設(shè)計(jì)和編程等因素的影響。

SPEC（SystemPerformanceEvaluationCooperative）一個(gè)開(kāi)放性的非贏利組織，1988年由工作站廠商HP、DEC、MIPS、SUN共同發(fā)起，已成為最成功的性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)化組織?；鶞?zhǔn)測(cè)試程序SPECCPU2006包括12個(gè)整數(shù)基準(zhǔn)測(cè)試程序集，17個(gè)浮點(diǎn)數(shù)基準(zhǔn)測(cè)試程序集。

由于Server有不同的服務(wù)功能，因此有多類benchmarks：SPECrate—processingrateofamultiprocessor面向Server的處理器吞吐量的benchmarks，SPECCPU2000使用了SPECCPUbenchmarks，通過(guò)運(yùn)行多個(gè)CPU基準(zhǔn)測(cè)試程序副本來(lái)獲得多處理機(jī)的處理速率(SPECrate)。SPECSFS--fileserverbenchmark測(cè)試網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)的性能，包括磁盤(pán)、IO和處理器的性能。SPECWeb--Webserverbenchmark模擬多個(gè)用戶請(qǐng)求Server的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)頁(yè)面。1.4.3基本性能指標(biāo)（1）處理機(jī)字長(zhǎng)（機(jī)器字長(zhǎng)）

處理機(jī)運(yùn)算器中一次能夠完成二進(jìn)制運(yùn)算的位數(shù)；機(jī)器字長(zhǎng)與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線寬度有一定相關(guān)性（不一定完全一樣）。（2）主頻/周期時(shí)鐘周期（ClockCycle，也稱為振蕩周期）

時(shí)鐘脈沖的倒數(shù)，計(jì)算機(jī)中最基本的、最小的時(shí)間單位。機(jī)器周期（MachineCycle，也稱為CPU周期）

指的是指令周期中的某一工作階段所需的時(shí)間。一般情況下，一個(gè)機(jī)器周期由若干個(gè)時(shí)鐘周期（振蕩周期）組成。指令周期（InstructionCycle）

指令周期是執(zhí)行一條指令所需要的時(shí)間，一般由若干個(gè)機(jī)器周期（CPU周期）組成。總線周期（BUSCycle）

一個(gè)訪存儲(chǔ)器或I/O端口操作所用時(shí)間。含4個(gè)時(shí)鐘周期。（3）CPU的運(yùn)算速度

CPU執(zhí)行時(shí)間：CPU執(zhí)行一般程序所占用的CPU時(shí)間；

CPI（CyclePerInstruction）：執(zhí)行一條指令所需的平均時(shí)鐘周期數(shù)；

MIPS（MillionInstructionsPerSecond）：每秒百萬(wàn)指令數(shù)，即單位時(shí)間內(nèi)執(zhí)行的指令數(shù)；針對(duì)標(biāo)量機(jī)（執(zhí)行一條指令，只得到一個(gè)運(yùn)算結(jié)果）；

MFLOPS（MillionFloating-pointOperationsPerSecond）：每秒百萬(wàn)次浮點(diǎn)操作數(shù)，衡量機(jī)器浮點(diǎn)操作的性能；針對(duì)向量機(jī)（執(zhí)行一條向量指令，通?？傻玫蕉鄠€(gè)運(yùn)算結(jié)果）。（4）一個(gè)程序的CPU時(shí)間

指令數(shù)（InstructionCount，IC），計(jì)算出執(zhí)行一條指令所需的平均時(shí)鐘周期數(shù)（CPI）：（5）吞吐量

表征一臺(tái)計(jì)算機(jī)在某一時(shí)間間隔內(nèi)能夠處理的信息量。（6）響應(yīng)時(shí)間

從輸入有效到系統(tǒng)產(chǎn)生響應(yīng)之間的時(shí)間度量，用時(shí)間單位來(lái)表示。（7）利用率

在給定的時(shí)間間隔內(nèi)，系統(tǒng)被實(shí)際使用的時(shí)間所占的比率，用百分比表示。（8）總線寬度

一般指運(yùn)算器與存儲(chǔ)器之間的數(shù)據(jù)總線寬度。（9）主存儲(chǔ)器容量

主存儲(chǔ)器所能存儲(chǔ)二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)，或者說(shuō)主存儲(chǔ)器中所有存儲(chǔ)元的總數(shù)目，通常以字節(jié)數(shù)表示。（10）主存儲(chǔ)器帶寬

單位時(shí)間內(nèi)從主存儲(chǔ)器讀出的二進(jìn)制信息量，一般用字節(jié)數(shù)/秒表示。1.4.4Amdahl定律

加速比的大小與兩個(gè)因素有關(guān)。一個(gè)是改進(jìn)前的系統(tǒng)中，可改進(jìn)部分的執(zhí)行時(shí)間在總的執(zhí)行時(shí)間中所占的比例，簡(jiǎn)稱為可改進(jìn)比例，記為Fe。Fe總是小于1的。另一個(gè)是可改進(jìn)部件改進(jìn)以后性能提高的倍數(shù)，簡(jiǎn)稱為部件加速比，記為Se。Se一般大于1。假設(shè)改進(jìn)前的整個(gè)任務(wù)的執(zhí)行時(shí)間為T(mén)0，改進(jìn)后整個(gè)任務(wù)的執(zhí)行時(shí)間為T(mén)n，改進(jìn)后整個(gè)系統(tǒng)的加速比Sn為：（1）科學(xué)計(jì)算（2）數(shù)據(jù)處理（3）自動(dòng)控制（4）計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（5）人工智能（6）網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用

1.5計(jì)算機(jī)的應(yīng)用習(xí)題11.1，1.2，1.3，1.4，1.5Thankyou!第2章數(shù)的表示與計(jì)算體系2.1

進(jìn)位計(jì)數(shù)制與數(shù)制轉(zhuǎn)換2.2

無(wú)符號(hào)數(shù)與文字的表示2.3

帶符號(hào)數(shù)的表示2.4

定點(diǎn)數(shù)與定點(diǎn)運(yùn)算2.5

浮點(diǎn)數(shù)與浮點(diǎn)運(yùn)算2.6BCD碼(binarycodeddecimal)2.7

數(shù)據(jù)校驗(yàn)碼2.8

時(shí)序邏輯電路2.9

組合邏輯電路2.10陣列邏輯電路習(xí)

題2第2章

數(shù)的表示與計(jì)算體系2.1.1進(jìn)位計(jì)數(shù)制（1）十進(jìn)制數(shù)(DecimalSystem)

定義：按“逢十進(jìn)一，借一當(dāng)十”的原則進(jìn)行計(jì)數(shù)，稱為十進(jìn)制數(shù)，即每位上計(jì)滿10時(shí)向高位進(jìn)一。

特點(diǎn)：每個(gè)數(shù)的數(shù)位上只能是0、1、2、3、4、5、6、7、8、9十個(gè)數(shù)碼；十進(jìn)制數(shù)中最大數(shù)字是9，最小數(shù)字是0；基數(shù)為10；

十進(jìn)制數(shù)的位權(quán)表示：N=an-110n-1+an-210n-2+…+a1101+a0100+a-110-1+a-210-2+…+a-m10-m例如，(1234)10=1×103＋2×102＋3×101＋4×1002.1

進(jìn)位計(jì)數(shù)制與數(shù)制轉(zhuǎn)換（2）二進(jìn)制數(shù)(BinarySystem)

定義：按“逢二進(jìn)一，借一當(dāng)二”的原則進(jìn)行計(jì)數(shù)，稱為二進(jìn)制數(shù)，即每位上計(jì)滿2時(shí)向高位進(jìn)一。

特點(diǎn)：每個(gè)數(shù)的數(shù)位上只能是0，1兩個(gè)數(shù)字；二進(jìn)制數(shù)中最大數(shù)字是1，最小數(shù)字是0；基數(shù)為2。

二進(jìn)制數(shù)的位權(quán)表示：(0010.1011)2=0×23+0×22+1×21+0×20+1×2-1+0×2-2+1×2-3+1×2-4

二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算規(guī)則：

加法運(yùn)算①0＋0=0②0＋1=1＋0=1③1＋1=0（進(jìn)1）

減法運(yùn)算①0-0=0②1-1=0③1-0=1④0-1=1（借1）

乘法運(yùn)算①0×0=0②1×1=1③0×1=1×0=0（3）八進(jìn)制數(shù)(OctalSystem)

定義：按“逢八進(jìn)一，借一當(dāng)八”的原則進(jìn)行計(jì)數(shù)，稱為八進(jìn)制數(shù)，即每位上計(jì)滿8時(shí)向高位進(jìn)一。

特點(diǎn)：每個(gè)數(shù)的數(shù)位上只能是0、1、2、3、4、5、6、7八個(gè)數(shù)字。

八進(jìn)制數(shù)的位權(quán)表示：(567.012)8=5×82+6×81+7×80+0×8-1+1×8-2+2×8-3（4）十六進(jìn)制數(shù)(HexdecimalSystem)

定義：按“逢十六進(jìn)一，借一當(dāng)十六”的原則進(jìn)行計(jì)數(shù)，稱為十六進(jìn)制數(shù)，即每位上計(jì)滿16時(shí)向高位進(jìn)一。

特點(diǎn)：每個(gè)數(shù)的數(shù)位上只能是0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F十六個(gè)數(shù)碼。

十六進(jìn)制數(shù)的位權(quán)表示：(90AB.CDEF)16=9×163+0×162+10×161+11×160

+12×16-1+13×16-2+14×16-3+15×16-4（5）常用計(jì)數(shù)制間的對(duì)應(yīng)關(guān)系

十進(jìn)制數(shù)使用D（可以省略），二進(jìn)制數(shù)使用B，八進(jìn)制數(shù)使用Q，十六進(jìn)制使用H。八進(jìn)制對(duì)應(yīng)二進(jìn)制十六進(jìn)制對(duì)應(yīng)二進(jìn)制十六進(jìn)制對(duì)應(yīng)二進(jìn)制0000000008100010011000191001201020010A（10）1010301130011B（11）1011410040100C（12）1100510150101D（13）1101611060110E（14）1110711170111F（15）11112.1.2數(shù)制間的轉(zhuǎn)換（1）非十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)

非十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)采用“位權(quán)法”，即把各非十進(jìn)制數(shù)按位權(quán)展開(kāi)，然后求和。（2）二、八、十六進(jìn)制數(shù)之間轉(zhuǎn)換

把二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制數(shù)時(shí)，按“三位并一位”的方法進(jìn)行。

以小數(shù)點(diǎn)為界，將整數(shù)部分從右向左每三位一組，最高位不足三位時(shí)，添0補(bǔ)足三位；小數(shù)部分從左向右，每三位一組，最低有效位不足三位時(shí)，添0補(bǔ)足三位。然后，將各組的三位二進(jìn)制數(shù)按權(quán)展開(kāi)后相加，得到一位八進(jìn)制數(shù)。

將八進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)數(shù)時(shí)，采用“一位拆三位”的方法進(jìn)行。（3）十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成非十進(jìn)制數(shù)整數(shù)部分

十進(jìn)制整數(shù)化為非十進(jìn)制整數(shù)采用“余數(shù)法”，即除基數(shù)取余數(shù)。把十進(jìn)制整數(shù)逐次用任意十制數(shù)的基數(shù)去除，一直到商是0為止，然后將所得到的余數(shù)由下而上排列即可。小數(shù)部分

十進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換成非十進(jìn)制小數(shù)采用“進(jìn)位法”，即乘基數(shù)取整數(shù)。這種方法稱為“乘2取整法”或“乘2法”。

2.2.1無(wú)符號(hào)數(shù)的表示2.2無(wú)符號(hào)數(shù)與文字的表示

計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)，一次存取、加工和傳送的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度稱為字(word)。計(jì)算機(jī)的字長(zhǎng)越大，其性能越優(yōu)越。

所謂大端存儲(chǔ)就是將多個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)依次存放，將高字節(jié)數(shù)據(jù)存放到低地址，將低字節(jié)數(shù)據(jù)存放到高地址。(a)大端存儲(chǔ)(b)小端存儲(chǔ)圖2.1計(jì)算機(jī)中多字節(jié)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)地址數(shù)據(jù)地址數(shù)據(jù)100H12H100H78H101H34H101H56H102H56H102H34H103H78H103H12H104H……104H……2.2.2十進(jìn)制數(shù)串的表示

大多數(shù)通用性較強(qiáng)的計(jì)算機(jī)都能直接處理十進(jìn)制形式表示的數(shù)據(jù)。主要有兩種形式：字符串形式

即一個(gè)字節(jié)存放一個(gè)十進(jìn)制的數(shù)位或符號(hào)位。一個(gè)十進(jìn)制數(shù)占用連續(xù)的多個(gè)字節(jié)，使用時(shí)需要給出該數(shù)在主存中的起始地址和位數(shù)(串的長(zhǎng)度)。主要用在非數(shù)值計(jì)算領(lǐng)域。壓縮的十進(jìn)制數(shù)串形式

即一個(gè)字節(jié)存放兩個(gè)十進(jìn)制的數(shù)位。它比前一種形式節(jié)省存儲(chǔ)空間，又便于直接完成十進(jìn)制數(shù)運(yùn)算，從而被廣泛采用。類似的，它也要給出數(shù)據(jù)在主存中的首地址和位數(shù)(又稱位長(zhǎng)，不含符號(hào)位)。位長(zhǎng)為0的數(shù)其值為0。十進(jìn)制數(shù)串表示法的優(yōu)點(diǎn)是位長(zhǎng)可變。2.2.3西文字符在計(jì)算機(jī)中的表示ASCII（American

Standard

Code

for

Information

Interchange）

美國(guó)信息交換標(biāo)準(zhǔn)代碼ASCII是基于拉丁字母的一套電腦編碼系統(tǒng)，主要用于顯示現(xiàn)代英語(yǔ)和其他西歐語(yǔ)言。它是現(xiàn)今最通用的單字節(jié)編碼系統(tǒng)，并等同于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO/IEC646。ANSI（American

National

Standards

Institute）

美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)碼ANSI碼是一種字符代碼，為使計(jì)算機(jī)支持更多語(yǔ)言，通常使用0x00~0x7f范圍的1個(gè)字節(jié)來(lái)表示1個(gè)英文字符。超出此范圍的使用0x80~0xFFFF來(lái)編碼，即擴(kuò)展的ASCII編碼。不同的國(guó)家和地區(qū)制定了不同的標(biāo)準(zhǔn)，不同ANSI編碼標(biāo)準(zhǔn)之間互不兼容。ANSI編碼表示英文字符時(shí)用一個(gè)字節(jié)，表示中文用兩個(gè)或四個(gè)字節(jié)。EBCDIC（Extended

Binary

Coded

Decimal

Interchange

Code）

EBCDIC為國(guó)際商用機(jī)器公司(IBM)于1963年間推出的字符編碼表，根據(jù)早期打孔機(jī)式的二進(jìn)化十進(jìn)數(shù)(BCD，Binary

Coded

Decimal)排列而成。每個(gè)字母或數(shù)字字符都被表示為一個(gè)8位的二進(jìn)制數(shù)，共有256個(gè)字符被定義。Unicode（統(tǒng)一碼）

Unicode是國(guó)際組織制定的可以容納世界上所有文字和符號(hào)的字符編碼方案，為每種語(yǔ)言中的每個(gè)字符設(shè)定了統(tǒng)一并且唯一的二進(jìn)制編碼。Unicode的實(shí)現(xiàn)有UTF-8、UTF-16、UTF-32等編碼方案。2.2.4中文字符在計(jì)算機(jī)中的表示（1）漢字編碼標(biāo)準(zhǔn)

常見(jiàn)的漢字編碼標(biāo)準(zhǔn)有GB2312-80、BIG5和Unicode等。區(qū)位碼編碼與ASCII一致，編碼范圍2121H～7E7EH。圖2.2區(qū)位碼

所有的漢字及符號(hào)分配在一個(gè)94行、94列的表格中，每一行稱為一個(gè)“區(qū)”，編號(hào)為01區(qū)到94區(qū)；每一列稱為一個(gè)“位”，編號(hào)為01位到94位。區(qū)位碼和國(guó)標(biāo)碼關(guān)系：一級(jí)漢字（3755個(gè)）二級(jí)漢字（3008個(gè)）（擴(kuò)充使用）字母、數(shù)字和各種符號(hào) ………………19423位號(hào)…………191655568794區(qū)號(hào)(按漢語(yǔ)拼音排列)(按偏旁部首排列)國(guó)標(biāo)碼=區(qū)位碼H+2020H（2）機(jī)內(nèi)碼國(guó)標(biāo)碼和機(jī)內(nèi)碼的關(guān)系是：機(jī)內(nèi)碼=國(guó)標(biāo)碼+8080H區(qū)位碼和機(jī)內(nèi)碼的關(guān)系是：機(jī)內(nèi)碼=區(qū)位碼+A0A0H（3）漢字字形碼

有點(diǎn)陣式漢字和矢量漢字兩種表示方法。圖2.4點(diǎn)陣式漢字示例2.2.5布爾代數(shù)與布爾邏輯（1）布爾代數(shù)表2.3A與B的邏輯運(yùn)算表

計(jì)算機(jī)中的邏輯運(yùn)算，主要是指邏輯非、邏輯加、邏輯乘、邏輯異四種基本運(yùn)算。ABAANDBAORBAXORB00000100110101111110（2）邏輯非及非門(mén)

邏輯非運(yùn)算：邏輯非也稱求反。常用變量前方加一~或上方加一橫來(lái)表示。表2.4“非”運(yùn)算（NOT）（3）邏輯與及與門(mén)

邏輯乘運(yùn)算：對(duì)兩數(shù)進(jìn)行邏輯乘，就是按位求它們的“與”（And），所以邏輯乘又稱“邏輯與”，常用記號(hào)“∧”或“·”來(lái)表示。假設(shè)有兩數(shù)x、y，它們表示為：x=x0x1x2…xn，y=y0y1y2…yn，則有：z=x∧y=z0z1z2…zn(i=0,1,2,…,n)，zi=xi∧yi(i=0,1,2,…,n)（4）邏輯或及或門(mén)

邏輯加運(yùn)算：對(duì)兩個(gè)數(shù)進(jìn)行邏輯加，就是按位求它們的“或”（Or），所以邏輯加又稱邏輯或，常用記號(hào)“∨”或“＋”來(lái)表示。（5）邏輯異或及異或門(mén)

邏輯異運(yùn)算：對(duì)兩數(shù)進(jìn)行異就是按位求它們的模2和，所以邏輯異又稱“按位加”（Xor），常用記號(hào)“⊕”或”

”表示。有兩數(shù)x、y，它們表示為：x=x0x1x2…xn，y=y0y1y2…yn，則有：z=x⊕y=z0z1z2…zn(i=0,1,2,…,n)。2.3.1機(jī)器數(shù)與真值

采用二進(jìn)制表示形式的連同數(shù)符一起代碼化了的數(shù)據(jù)，在計(jì)算機(jī)中統(tǒng)稱為機(jī)器數(shù)或機(jī)器碼。而與機(jī)器數(shù)對(duì)應(yīng)的用正、負(fù)符號(hào)加絕對(duì)值來(lái)表示的實(shí)際數(shù)值稱為真值。機(jī)器數(shù)可分為無(wú)符號(hào)數(shù)和帶符號(hào)數(shù)兩種。2.3帶符號(hào)數(shù)的表示

綜上所述，可得機(jī)器數(shù)的特點(diǎn)為：

數(shù)的符號(hào)采用二進(jìn)制代碼化，0表“+”，1代表“-”。符號(hào)通常放在數(shù)據(jù)最高位。

小數(shù)點(diǎn)本身是隱含的，不占用存儲(chǔ)空間。

所以機(jī)器數(shù)表示的數(shù)值是不連續(xù)的。8位二進(jìn)制帶符號(hào)數(shù)中，00000000~01111111為正整數(shù)0~127，11111111~10000000為負(fù)數(shù)-127~0，其中00000000表示+0，10000000表示-0。2.3.2原碼表示（1）原碼的定義

設(shè)為x為二進(jìn)制數(shù)據(jù)，數(shù)值部分的位數(shù)為n，給出了x為純小數(shù)±0.x1x2…xn和x為純整數(shù)±x1x2…xn時(shí)的原碼表示的定義。

純小數(shù)原碼的定義：

純整數(shù)原碼的定義：2.3.3補(bǔ)碼表示（1）模的概念

對(duì)于任意x，在模M的條件下的補(bǔ)數(shù)[x]補(bǔ)，可給出：[x]補(bǔ)=m+x(modM)?？芍?)當(dāng)x≥0時(shí)，m+x大于M，把M丟掉，得[x]補(bǔ)=x，即正數(shù)的補(bǔ)數(shù)等于其本身。2)當(dāng)x<0時(shí)，[x]補(bǔ)=m+x=M-|x|，即負(fù)數(shù)的補(bǔ)數(shù)等于模與該數(shù)絕對(duì)值之差。（2）補(bǔ)碼的定義

由于計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)均采用二進(jìn)制編碼表示，因此通常將某數(shù)對(duì)模的補(bǔ)數(shù)稱為補(bǔ)碼。對(duì)于數(shù)值部分的位數(shù)為n的二進(jìn)制數(shù)據(jù)x，給出了x為純小數(shù)±0.x1x2…xn和x為純整數(shù)±x1x2…xn時(shí)的補(bǔ)碼表示的定義。

純小數(shù)補(bǔ)碼的定義：

純整數(shù)補(bǔ)碼的定義：2.3.4反碼表示（1）反碼的定義

2.3.5移碼表示（1）移碼的定義

純小數(shù)移碼的定義：[x]移=1+x，-1≤x<1

純整數(shù)移碼的定義：[x]移=2n+x，-1≤x<1（2）移碼與補(bǔ)碼的關(guān)系當(dāng)0≤x<2n時(shí)，[x]補(bǔ)=x，因?yàn)閇x]移=2n+x，所以[x]移=2n+[x]補(bǔ)。當(dāng)-2n≤x<0時(shí)，[x]補(bǔ)=2n+1+x，因?yàn)閇x]移=2n+[x]補(bǔ)-2n+1=[x]補(bǔ)-2n。其中，n為數(shù)值部分的長(zhǎng)度。（3）移碼的特點(diǎn)設(shè)[x]移=x0x1x2…xn，符號(hào)位x0表示真值x的正負(fù)。x0=1，x為正；x0=0，x為負(fù)。真值0的移碼表示只有一種形式：[+0]移=[-0]移=1000。移碼與補(bǔ)碼的表示范圍相同。純小數(shù)的移碼可以表示到-1，[-1]移=0.0...0；純整數(shù)的移碼可以表示到-2n，n為數(shù)值部分的長(zhǎng)度，[-2n]移=00...0。真值大時(shí)，對(duì)應(yīng)的移碼也大；真值小時(shí)，對(duì)應(yīng)的移碼也小。2.4.1定點(diǎn)表示

定點(diǎn)格式(fixedpointformat)約定所有數(shù)據(jù)的小數(shù)點(diǎn)位置是固定不變的。

浮點(diǎn)格式(floating-pointformat)正好相反，數(shù)據(jù)的小數(shù)點(diǎn)位置是浮動(dòng)可變的。2.4定點(diǎn)數(shù)與定點(diǎn)運(yùn)算圖2.9定點(diǎn)數(shù)的兩種格式

當(dāng)小數(shù)點(diǎn)位于數(shù)符和第一數(shù)值位之間時(shí)，機(jī)器內(nèi)的數(shù)為純小數(shù)；當(dāng)小數(shù)點(diǎn)位于數(shù)值位之后時(shí)，機(jī)器內(nèi)的數(shù)為純整數(shù)。采用定點(diǎn)數(shù)的機(jī)器稱為定點(diǎn)機(jī)。2.4.2加法與減法運(yùn)算（1）補(bǔ)碼加減運(yùn)算的基本公式

補(bǔ)碼加法的基本公式為：整數(shù)：[A]補(bǔ)+[B]補(bǔ)=[A+B]補(bǔ)(mod2n+1)

小數(shù)：[A]補(bǔ)+[B]補(bǔ)=[A+B]補(bǔ)（mod2）對(duì)于減法，因A-B=A+(-B)，則：[A-B]補(bǔ)=[A+(-B)]補(bǔ)由補(bǔ)碼加法基本公式可得：整數(shù)：[A-B]補(bǔ)=[A]補(bǔ)+[-B]補(bǔ)(mod2n+1)

小數(shù)：[A-B]補(bǔ)=[A]補(bǔ)+[-B]補(bǔ)(mod2)

（2）溢出判斷用一位符號(hào)位判斷溢出

對(duì)于加法，只有在正數(shù)加正數(shù)和負(fù)數(shù)加負(fù)數(shù)兩種情況下才可能出現(xiàn)溢出，符號(hào)不同的兩個(gè)數(shù)相加是不會(huì)出現(xiàn)溢出的。對(duì)于減法，只有在正數(shù)減負(fù)數(shù)或負(fù)數(shù)減正數(shù)兩種情況下才可能出現(xiàn)溢出，符號(hào)相同的兩個(gè)數(shù)相減是不會(huì)出現(xiàn)溢出的。利用最高位（符號(hào)位c0）和次高位（數(shù)值部分的最高位c1）的進(jìn)位狀況來(lái)判斷

兩個(gè)補(bǔ)碼數(shù)實(shí)現(xiàn)加減運(yùn)算時(shí)，若最高數(shù)值位c1向符號(hào)位c0的進(jìn)位值與符號(hào)位c0產(chǎn)生的進(jìn)位輸出值不相同，則表明加減運(yùn)算產(chǎn)生了溢出。采用雙符號(hào)位補(bǔ)碼進(jìn)行判斷。

雙符號(hào)位補(bǔ)碼又稱為變形補(bǔ)碼或模4補(bǔ)碼，即對(duì)于任何小于1的正數(shù)，雙符號(hào)位為00；對(duì)于任何大于-1的負(fù)數(shù)，雙符號(hào)位為11。當(dāng)兩數(shù)相加的結(jié)果在符號(hào)位出現(xiàn)01或10兩種組合時(shí)，說(shuō)明出現(xiàn)了溢出。2.4.3原碼乘法運(yùn)算計(jì)算機(jī)中實(shí)現(xiàn)乘除運(yùn)算通常采用以下三種方式：利用乘除運(yùn)算子程序

這種方式的基本思想是采用軟件實(shí)現(xiàn)乘除運(yùn)算。通常是利用計(jì)算機(jī)中的加減運(yùn)算指令、移位指令及控制類指令組成循環(huán)程序，得到運(yùn)算結(jié)果。乘除運(yùn)算邏輯部件

在加法器的基礎(chǔ)上增加左、右移位及計(jì)數(shù)器等邏輯線路構(gòu)成乘除運(yùn)算部件，采用硬件實(shí)現(xiàn)乘除運(yùn)算。在這種計(jì)算機(jī)中，設(shè)置有乘除運(yùn)算指令，用戶只需執(zhí)行乘除指令即可進(jìn)行乘除運(yùn)算。設(shè)置專用的陣列乘除運(yùn)算器

由于前一方式在實(shí)現(xiàn)乘除運(yùn)算時(shí)，通常是在一個(gè)加法器上多次串行地進(jìn)行運(yùn)算，所以依然需要較多的運(yùn)算時(shí)間。（1）原碼一位乘法

在原碼一位乘法中，參加運(yùn)算的被乘數(shù)和乘數(shù)均用原碼表示；運(yùn)算時(shí)符號(hào)位單獨(dú)處理，被乘數(shù)與乘數(shù)的絕對(duì)值相乘；所得的積也采用原碼表示。（2）原碼兩位乘法

原碼兩位乘法算法的思想是每次判別乘數(shù)的兩位，將一位乘法中的兩步用一步替代。設(shè)乘法判別位為yn-1yn，zi-1為前次部分積，zi為兩位乘法的第i位部分積。表2.5原碼兩位乘法的運(yùn)算規(guī)則2.4.4原碼除法運(yùn)算（1）原碼恢復(fù)余數(shù)法

在原碼除法中，參加運(yùn)算的被除數(shù)和除數(shù)均采用原碼表示，所得的商和余數(shù)也采用原碼表示。運(yùn)算時(shí)，符號(hào)位單獨(dú)處理，被除數(shù)和除數(shù)的絕對(duì)值相除。為了保證定點(diǎn)除法的運(yùn)算結(jié)果不超過(guò)機(jī)器所能表示的定點(diǎn)數(shù)據(jù)范圍，在進(jìn)行除法之前必須判定被除數(shù)和除數(shù)是否滿足定點(diǎn)小數(shù)除法或定點(diǎn)整數(shù)除法的要求。（2）原碼不恢復(fù)余數(shù)法

在恢復(fù)余數(shù)法的運(yùn)算過(guò)程中，可以發(fā)現(xiàn)將“加除數(shù)(恢復(fù)余數(shù))→左移→減除數(shù)”的操作用“余數(shù)左移→加除數(shù)”的操作來(lái)替代，所得結(jié)果是一樣的。而且這樣做，既節(jié)省了恢復(fù)余數(shù)的時(shí)間，又簡(jiǎn)化了除法控制邏輯(無(wú)論余數(shù)為正還是為負(fù)，余數(shù)的操作均為左移、加/減運(yùn)算兩步操作)。2.4.5補(bǔ)碼乘法運(yùn)算（l）補(bǔ)碼一位乘法

補(bǔ)碼乘法有多種，常用的有校正法和布斯乘法。其中布斯乘法是由布斯(A.D.Booth)夫婦提出。以定點(diǎn)小數(shù)為例，設(shè)參加運(yùn)算的被乘數(shù)x的補(bǔ)碼為[x]補(bǔ)=x0.x1x2…xn，乘數(shù)y的補(bǔ)碼為[y]補(bǔ)=y0.y1y2…yn，乘積為[z]補(bǔ)=[x×y]補(bǔ)。表2.6補(bǔ)碼一位乘法的操作（2）補(bǔ)碼兩位乘法0An+1n+2位加法器控制門(mén)0Xn+10Qn

n+1移位和加控制邏輯計(jì)數(shù)器CGM00,110110右移圖2.10補(bǔ)碼Booth算法運(yùn)算器框圖2.4.6補(bǔ)碼除法運(yùn)算

以補(bǔ)碼一位除法為例，運(yùn)算規(guī)則如表2.8所示，商一般采用末位置1的方法，操作簡(jiǎn)便，表中i=0~n-1。表2.8補(bǔ)碼一位除法

如要提高精度，則按上述規(guī)則多求一位，再采用以下規(guī)則對(duì)商進(jìn)行處理。兩數(shù)能除盡，如果除數(shù)為正，商不必加2-n；如果除數(shù)為負(fù)，商加2-n。兩數(shù)除不盡，如果商為正，商不必加2-n；如果商為負(fù)，商加2-n。2.4.7移位運(yùn)算（1）算術(shù)移位

必須注意的是：不論是正數(shù)還是負(fù)數(shù)，移位后其符號(hào)位均不變，這是算術(shù)移位的重要特點(diǎn)。表2.9不同碼制機(jī)器數(shù)移位后的空位添補(bǔ)規(guī)則

分析任意負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼可發(fā)現(xiàn)，當(dāng)對(duì)其由低位向高位找到第一個(gè)“1”時(shí)，在此“1”左邊的各位均與對(duì)應(yīng)的反碼相同，而在此“1”右邊的各位(包括此“1”在內(nèi))均與對(duì)應(yīng)的原碼相同，即添0；右移時(shí)因空位出現(xiàn)在高位，則添補(bǔ)的代碼應(yīng)與反碼相同，即添1。（2）邏輯移位

無(wú)符號(hào)數(shù)的移位稱為邏輯移位。邏輯移位的規(guī)則是：邏輯左移時(shí)，高位移出，低位添0；邏輯右移時(shí)，低位移出，高位添0。圖2.11常見(jiàn)的算術(shù)移位和邏輯移位7/150CF循環(huán)右移7/150CF帶進(jìn)位循環(huán)左移←7/150CF帶進(jìn)位循環(huán)右移→7/150CF循環(huán)左移7/150←0←CF邏輯左移/算術(shù)左移7/150CF邏輯右移07/150CF算術(shù)右移2.4.8運(yùn)算器的基本結(jié)構(gòu)（1）半加器

半加器完成兩個(gè)一位二進(jìn)制數(shù)相加。若只考慮兩個(gè)加數(shù)本身，而不考慮來(lái)自相鄰低位的進(jìn)位，稱為半加。表2.12半加器真值表圖2.12半加器電路圖及符號(hào)由真值表可得出半加器的邏輯表達(dá)式：

（2）一位全加器加法運(yùn)算：Ai+Bi+Ci=Si(Ci+1)一位全加器真值表如表2.13所示。邏輯方程：Si=Ai⊕Bi⊕CiCi＋1=AiBi＋BiCi＋CiAi表2.13一位全加器真值表圖2.13一位全加器邏輯符號(hào)與邏輯電路（3）n位的行波進(jìn)位加減器

n個(gè)1位的全加器可級(jí)聯(lián)成一個(gè)n位的行波進(jìn)位加減器（串行進(jìn)位補(bǔ)碼加法/減法器）。圖2.14n位的行波進(jìn)位加減器（4）先行（超前）進(jìn)位加法器4位先行進(jìn)位加法器遞推公式：（5）運(yùn)算器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖2.16單總線結(jié)構(gòu)的運(yùn)算器圖2.17雙總線結(jié)構(gòu)的運(yùn)算器圖2.18三總線結(jié)構(gòu)的運(yùn)算器2.5.1浮點(diǎn)表示（1）浮點(diǎn)數(shù)的表示形式

浮點(diǎn)數(shù)在機(jī)器中的形式如圖所示。采用這種數(shù)據(jù)格式的機(jī)器稱為浮點(diǎn)機(jī)。圖2.19浮點(diǎn)數(shù)的表示形式2.5浮點(diǎn)數(shù)與浮點(diǎn)運(yùn)算

圖2.20浮點(diǎn)數(shù)在數(shù)軸上的表示范圍（3）浮點(diǎn)數(shù)的規(guī)格化

當(dāng)基數(shù)為2時(shí)，尾數(shù)最高位為l的數(shù)為規(guī)格化數(shù)。規(guī)格化時(shí)，尾數(shù)左移一位，階碼減1(這種規(guī)格化稱為向左規(guī)格化，簡(jiǎn)稱左規(guī))；尾數(shù)右移一位，階碼加1(這種規(guī)格化稱為向右規(guī)格化，簡(jiǎn)稱右規(guī))。2.5.2IEEE754浮點(diǎn)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)

IEEE754標(biāo)準(zhǔn)(1985)，每個(gè)浮點(diǎn)數(shù)均由三部分組成：符號(hào)位S、指數(shù)部分E和尾數(shù)部分M，如圖所示。圖2.21IEEE754標(biāo)準(zhǔn)（1）IEEE754標(biāo)準(zhǔn)32位單精度浮點(diǎn)數(shù)圖2.22IEEE754標(biāo)準(zhǔn)32位單精度浮點(diǎn)數(shù)表示格式（2）IEE754標(biāo)準(zhǔn)64位雙精度浮點(diǎn)數(shù)N=圖2.23IEEE754標(biāo)準(zhǔn)64位雙精度浮點(diǎn)數(shù)表示格式64位雙精度浮點(diǎn)數(shù)所表示的數(shù)值N為：

2.5.3浮點(diǎn)加減運(yùn)算

兩浮點(diǎn)數(shù)X，Y進(jìn)行加減運(yùn)算時(shí)，必須按以下幾步執(zhí)行：（1）對(duì)階，（2）尾數(shù)運(yùn)算，（3）結(jié)果規(guī)格化，（4）舍入處理，（5）溢出判斷。

注意：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。浮點(diǎn)數(shù)表示范圍定點(diǎn)數(shù)表示范圍2.5.4浮點(diǎn)乘除運(yùn)算

兩浮點(diǎn)數(shù)進(jìn)行乘法和除法的運(yùn)算規(guī)則是：x×y=2Ex+Ey(Mx×My)x÷y=2Ex-Ey(Mx÷My)

完成浮點(diǎn)加減運(yùn)算的操作過(guò)程大體分為四步：0操作數(shù)的檢查。階碼加/減操作：運(yùn)算時(shí)必須檢查結(jié)果是否溢出。尾數(shù)乘/除操作。結(jié)果規(guī)格化并進(jìn)行舍入處理。X5Y5Z52.5.5浮點(diǎn)運(yùn)算流水線圖2.26浮點(diǎn)向量加法流水線2.6.1BCD碼的格式2.6BCD碼(binarycodeddecimal)十進(jìn)制編碼0123456789權(quán)8421碼00000001001000110100010101100111100010018421余3碼00110100010101100111100010011010101111002421碼（A）000000010010001101000101011001111110111124212421碼（B）00000001001000110100101111001101111011115211碼0000000101000101011110001001110011011111余3循環(huán)碼0010011001110101010011001101111111101010242152112.6.2BCD碼加減法

可以在二進(jìn)制加法器的基礎(chǔ)上加上適當(dāng)?shù)摹靶Ｕ边壿媮?lái)實(shí)現(xiàn)，該校正邏輯可將二進(jìn)制的“和”改變成所要求的十進(jìn)制格式。2.6.3BCD碼乘除法

在BCD碼中，乘數(shù)的每一位可能為0~9中的任何一個(gè)數(shù)，因此每次循環(huán)迭代最多可能要執(zhí)行9次加法。因此，在算法中要增加一個(gè)內(nèi)循環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)多次加法。

二進(jìn)制數(shù)的每一位為1位，而B(niǎo)CD碼每一位為4位。因此，在移位時(shí)要進(jìn)行相應(yīng)的修改。由每次移1位修改為每次移1位BCD碼數(shù)字，即每次移4位，可以稱之為十制移位。另外，BCD乘法中每次循環(huán)可能執(zhí)行多次加法，因此進(jìn)位可能大于1，因此進(jìn)位位采用1位BCD碼數(shù)而不是1位二進(jìn)制數(shù)。2.7.1碼距與數(shù)據(jù)校驗(yàn)碼

數(shù)據(jù)校驗(yàn)碼(Error-DetectingCode，ECC)是具有檢測(cè)錯(cuò)誤或自動(dòng)糾正錯(cuò)誤能力的一種數(shù)據(jù)編碼。

編碼距離(codedistance)或海明距離(hammingdistance)，通常指一組編碼中任意兩個(gè)編碼之間不同代碼的位數(shù)。最小碼距(minimumcodedistance)是指在一組編碼中任意兩個(gè)編碼之間的最小距離。

碼距與校驗(yàn)碼的檢錯(cuò)和糾錯(cuò)能力的關(guān)系是：d≥e+1，可檢測(cè)e個(gè)錯(cuò)。d≥2t

+1，可糾正t個(gè)錯(cuò)。d≥e+t

+1，且e>t，可檢測(cè)e個(gè)錯(cuò)并能糾正t個(gè)錯(cuò)。2.7數(shù)據(jù)校驗(yàn)碼2.7.2奇偶校驗(yàn)碼奇校驗(yàn)(OddECC)：使n+1位的奇偶校驗(yàn)碼中有奇數(shù)個(gè)1。偶校驗(yàn)(EvenECC)：使n+1位的奇偶校驗(yàn)碼中有偶數(shù)個(gè)1。（1）奇偶校驗(yàn)碼的編碼方法圖2.29校驗(yàn)位P的形成電路+++++++D7D6D5D4D3D2D1D0p（2）奇偶校驗(yàn)碼的校驗(yàn)

采用奇偶校驗(yàn)的編碼在傳輸過(guò)程中需要進(jìn)行奇偶校驗(yàn)，以判斷信息傳輸是否出錯(cuò)。如果接收方接收到一奇校驗(yàn)碼中1的個(gè)數(shù)為偶數(shù)，或接收到一偶校驗(yàn)碼中1的個(gè)數(shù)為奇數(shù)，則表示接收到的編碼中有一位出錯(cuò)。

以前面的9位奇偶校驗(yàn)碼為例進(jìn)行說(shuō)明。出現(xiàn)偶校驗(yàn)錯(cuò)的標(biāo)志是：進(jìn)行奇偶校驗(yàn)時(shí)，E=0，表示無(wú)錯(cuò)；E=1，表示校驗(yàn)出錯(cuò)。2.7.3循環(huán)冗余校驗(yàn)碼

循環(huán)冗余校驗(yàn)碼(CyclicRedundancyCheck，CRC)是在n位有效信息位后拼接k位校驗(yàn)位形成的，又稱(n,k)碼。（1）CRC碼的編碼思想

CRC校驗(yàn)采用多項(xiàng)式編碼方法。就是將待編碼的n位有效信息看做是一個(gè)n階的二進(jìn)制多項(xiàng)式M(x)。例如一個(gè)8位二進(jìn)制數(shù)11010011B可以用信息多項(xiàng)式表示為：

再用另一個(gè)約定的多項(xiàng)式G(x)去除M(x)，可得到下式所示的關(guān)系：

其中，Q(x)為除得的商數(shù)，R(x)為除得的余數(shù)。

（3）CRC碼的編碼方法1）把待編的n位有效信息表示為多項(xiàng)式M(x)：其中Ci=0或1，對(duì)應(yīng)n位有效信息中第i位的信息。2）選擇一個(gè)k+1位的生成多項(xiàng)式G(x)作為約定除數(shù)：其中

Gi=0或1，對(duì)應(yīng)k+1位的生成多項(xiàng)式中第i位的信息。3）將M(x)左移k位，得到n+k位的M(x)?。然后按模2除法，用M(x)?

除以G(x)，得到k位余數(shù)R(x)，即：4）將M(x)?

與余數(shù)R(x)做模2加，得：注意，在模2加的條件下，R(x)+R(x)=0。將k位的R(x)拼接到M(x)?

的后k位，就形成了n+k位循環(huán)冗余校驗(yàn)碼。（4）循環(huán)冗余校驗(yàn)的生成多項(xiàng)式任何一位發(fā)生錯(cuò)誤都應(yīng)使余數(shù)不為0。不同位發(fā)生錯(cuò)誤應(yīng)當(dāng)使余數(shù)不同。對(duì)余數(shù)做模2除法，應(yīng)能使余數(shù)循環(huán)。在數(shù)據(jù)通信與網(wǎng)絡(luò)中，通常n相當(dāng)大，由一千甚至數(shù)千個(gè)二進(jìn)制數(shù)據(jù)位構(gòu)成一幀，為檢測(cè)信息傳輸?shù)恼_與否，廣泛采用CRC碼進(jìn)行校驗(yàn)。這時(shí)所使用的生成多項(xiàng)式的次冪比較高。2.7.4海明校驗(yàn)碼（1）海明校驗(yàn)碼的編碼思想

如果出錯(cuò)代碼的位置能夠確定，將出錯(cuò)位的內(nèi)容取反，就能夠自動(dòng)糾正錯(cuò)誤。（2）海明校驗(yàn)碼的編碼方法1)將n位有效信息和k位校驗(yàn)位，構(gòu)成n+k位的海明校驗(yàn)碼。圖2.30編碼排列位置2)將k個(gè)校驗(yàn)位分成k組奇偶校驗(yàn)，每個(gè)有效信息位都被2個(gè)或2個(gè)以上的校驗(yàn)位校驗(yàn)，被校驗(yàn)的位號(hào)等于校驗(yàn)它的校驗(yàn)位位號(hào)之和。3)根據(jù)校驗(yàn)組的分組情況，按奇偶校驗(yàn)原理，由已知的有效信息按奇偶校驗(yàn)規(guī)則求出各個(gè)校驗(yàn)位，形成海明校驗(yàn)碼。（3）海明校驗(yàn)碼的校驗(yàn)

分組校驗(yàn)后，校驗(yàn)結(jié)果形成k位的指誤字EkEk-1...E2E1，若第i組校驗(yàn)結(jié)果正確，指誤字中相應(yīng)位Ei之為0；若第i組校驗(yàn)結(jié)果錯(cuò)誤，指誤字中相應(yīng)位Ei為1。因此若指誤字EkEk-1...E2E1為全0，表示接收方接收到的信息無(wú)錯(cuò)；若指誤字EkEk-1...E2E1不為全0，則表示接收方接收到的信息中有錯(cuò)，并且指誤EkEk-1...E2E1代碼所對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制值就是出錯(cuò)位的位號(hào)。將該位取反，錯(cuò)誤碼即得到自動(dòng)糾正。

當(dāng)然，指誤字能夠正確指示出錯(cuò)位所在位置的前提是代碼中只能有一個(gè)錯(cuò)誤。（4）擴(kuò)展的海明校驗(yàn)碼

可以設(shè)想如果給檢一糾一錯(cuò)的海明校驗(yàn)碼增加一位奇偶校驗(yàn)位，對(duì)其所有代碼進(jìn)行奇偶校驗(yàn)就可以再檢查出一位錯(cuò)誤，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)出兩位錯(cuò)誤或者糾正一位錯(cuò)誤的目標(biāo)，稱為擴(kuò)展的海明校驗(yàn)碼或檢二糾一錯(cuò)海明校驗(yàn)碼。2.8.1觸發(fā)器2.8時(shí)序邏輯電路

觸發(fā)器可以處理輸入、輸出信號(hào)和時(shí)鐘頻率之間的相互影響。2.8.2寄存器

在CP脈沖作用下，每個(gè)D觸發(fā)器能夠寄存一位二進(jìn)制碼。在D=0時(shí)，寄存器儲(chǔ)存為0；在D=1時(shí)，寄存器儲(chǔ)存為1。在低電平為0、高電平為1時(shí)，需將信號(hào)源與D間連接一反相器，可以完成對(duì)數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存。按照移位方向可以分為單向移位寄存器和雙向移位寄存器。2.8.3計(jì)數(shù)器

計(jì)數(shù)器在數(shù)字系統(tǒng)中主要是對(duì)脈沖的個(gè)數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，以實(shí)現(xiàn)測(cè)量、計(jì)數(shù)和控制的功能，同時(shí)兼有分頻功能。2.9.1三態(tài)電路2.9組合邏輯電路

三態(tài)指其輸出既可以是一般二值邏輯電路，又可以保持特有的高阻抗?fàn)顟B(tài)。高阻態(tài)相當(dāng)于隔斷狀態(tài)（電阻很大，相當(dāng)于開(kāi)路）。2.9.2比較器

對(duì)兩個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)進(jìn)行比較，以確定它們是否相等，或確定它們之間的大小關(guān)系及排列順序稱為比較。2.9.3加法器

兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)字Ai，Bi和一個(gè)進(jìn)位輸入Ci相加，產(chǎn)生一個(gè)和輸出Si，以及一個(gè)進(jìn)位輸出Ci＋1。由真值表2.13可得到輸出邏輯表達(dá)式如式（2.29）所示，進(jìn)一步可得邏輯電路如圖2.13所示。2.9.4編碼器表2.2074LS148編碼器真值表普通編碼器優(yōu)先編碼器輸入輸出EII0I1I2I3I4I5I6I7A2A1A0GSEO1xxxxxxxx11111011111111111100xxxxxxx0000010xxxxxx01001100xxxxx011010100xxxx0111011100xxx01111100100xx011111101100x011111111010001111111111102.9.5譯碼器表2.2174LS138譯碼器真值表

譯碼是編碼的反向過(guò)程。2.9.6數(shù)據(jù)選擇器

數(shù)據(jù)選擇器(dataselector)根據(jù)給定的輸入地址代碼，從一組輸入信號(hào)中選出指定的一個(gè)送至輸出，也叫多路選擇器或多路調(diào)制器(multiplexer)或多路開(kāi)關(guān)。圖2.42數(shù)據(jù)選擇器

表2.22數(shù)據(jù)選擇器控制表A1A0Y00D001D110D211D3(a)帶有緩沖器的雙向數(shù)據(jù)總線

圖2.43雙向總線

(b)帶有鎖存器的雙向數(shù)據(jù)總線2.9.7總線

按總線的邏輯結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，總線可分為單向傳送總線和雙向傳送總線。圖2.44帶符號(hào)的陣列乘法器2.10.1陣列乘法器（1）原碼并行乘法2.10陣列邏輯電路

在定點(diǎn)計(jì)算機(jī)中，兩個(gè)原碼表示的數(shù)相乘的運(yùn)算規(guī)則是：乘積的符號(hào)位由兩數(shù)的符號(hào)位按異或運(yùn)算得到，而乘積的數(shù)值部分則是兩個(gè)正數(shù)相乘之積。（2）補(bǔ)碼并行乘法圖2.455位×5位直接補(bǔ)碼操作○2a3b1○0a2b1○a1b1○0a0b1○2a3b2○0a2b2○0a1b2○0a0b20a2b30a1b30a0b32○○○○a3b331a2b41a1b41a0b4○○○○a3b42222○○○○a4b4a4b3a4b2a4b1a4b00a3b00a2b00a1b000P8P7P6P5P4P3P2P1P1a0b00○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○2.10.2陣列除法器圖2.46可控加法/減法(CAS)單元

實(shí)際中常用不恢復(fù)余數(shù)法，又稱加減交替法。其特點(diǎn)是運(yùn)算過(guò)程中如出現(xiàn)不夠減，則不必恢復(fù)余數(shù)，根據(jù)余數(shù)符號(hào)，可以繼續(xù)往下運(yùn)算，因此步數(shù)固定，控制簡(jiǎn)單。2.10.3可編程序邏輯陣列(PLA)

邏輯器件可分為兩大類：固定邏輯器件和可編程邏輯器件(ProgrammableLogicDevice，PLD)?？沙淌竭壿嬯?Programmablelogicarrays)列簡(jiǎn)稱PLA，又叫做現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯陣列FPLA(field-programmablelogicarray)。[例2.34]用PLA器件實(shí)現(xiàn)下列邏輯函數(shù)圖2.48PLA器件實(shí)現(xiàn)邏輯函數(shù)2.10.4可編程序陣列邏輯(PAL)

可編程陣列邏輯(ProgrammableArraysLogic，PAL)器件是20世紀(jì)70年代末AMD公司推出的可編程邏輯器件。20世紀(jì)80年代，Lattice公司首次推出了通用陣列邏輯器件(GenericArrayLogic，GAL)。20世紀(jì)80年代中期，出現(xiàn)了復(fù)雜可編程邏輯器件(ComplexProgrammableLogicDevice，CPLD)和集成度更高的現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門(mén)陣列(Field－ProgrammableGateArray，F(xiàn)PGA)。2.1，2.2，2.3，2.4，2.5，2.6，2.7習(xí)題2Thankyou!第3章

指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1指令類型與功能3.2數(shù)據(jù)類型3.3尋址方式3.4指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法3.5CISC與RISC指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.6

80x86/Pentium指令系統(tǒng)3.7

ARM指令系統(tǒng)3.8

MIPS指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)習(xí)

題

3第3章

指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)指令：控制和指揮計(jì)算機(jī)執(zhí)行某種操作(如加、減、傳送等)的指示和命令。指令系統(tǒng)：通常是指一臺(tái)計(jì)算機(jī)所能執(zhí)行的全部指令的集合。3.1指令類型與功能裸機(jī)軟件指令系統(tǒng)

指令集體系結(jié)構(gòu)(Instruction-SetArchitecture，ISA)，或稱為指令集架構(gòu)，由指令集和一系列相應(yīng)的寄存器約定構(gòu)成。常見(jiàn)種類有：復(fù)雜指令集運(yùn)算(ComplexInstructionSetComputing，CISC)；精簡(jiǎn)指令集運(yùn)算(ReducedInstructionSetComputing，RISC)；顯式并行指令集運(yùn)算(ExplicitlyParallelInstructionComputing，EPIC)；超長(zhǎng)指令字(VeryLongInstructionWord，VLIW)。操作碼：指明操作的性質(zhì)及功能，操作碼長(zhǎng)度有固定、可變兩種。地址碼：指明操作數(shù)的地址，特殊情況下也可能直接給出操作數(shù)本身。源操作數(shù)參照：一個(gè)或多個(gè)源操作數(shù)所在的地址。結(jié)果值（目的操作數(shù)）參照：產(chǎn)生的結(jié)果存放何處。

作為一個(gè)合理而有效的指令系統(tǒng)應(yīng)滿足以下基本要求：完備性有效性規(guī)整性兼容性操作碼地址碼圖3.1基本指令格式指令的分類：（1）按指令長(zhǎng)度是否可變分類

定長(zhǎng)指令字結(jié)構(gòu)

變長(zhǎng)指令字結(jié)構(gòu)（2）按在CPU中的存儲(chǔ)位置分類堆棧型：不能被隨機(jī)訪問(wèn)，從而很難生成有效代碼；累加器型：減小了機(jī)器的內(nèi)部狀態(tài)，指令短小。由于累加器是唯一的暫存器，這種機(jī)器的存儲(chǔ)器通信開(kāi)銷最大。寄存器型：是代碼生成最一般的模型。（3）通用寄存器型中的進(jìn)一步分類寄存器至寄存器（R-R：Register-Register）寄存器至存儲(chǔ)器（R-S：Register-Storage）/寄存器-存儲(chǔ)器(R-M：Register-Memory)存儲(chǔ)器至存儲(chǔ)器（S-S：Storage-Storage）/存儲(chǔ)器-存儲(chǔ)器型(M-M:Memory-Memory)

（4）IBM370機(jī)指令分類

IBM370機(jī)（字長(zhǎng)32位）的指令可分為三種不同的長(zhǎng)度形式：半字長(zhǎng)指令、單字長(zhǎng)指令和一個(gè)半字長(zhǎng)指令。不論指令的長(zhǎng)度為多少位，其中操作碼字段一律都是8位，8位操作碼字段允許容納256條指令，實(shí)際上在IBM370機(jī)中僅有183條指令。

操作碼第0位和第1位組成4種不同編碼，代表不同類型指令：00表示RR型指令，01表示RX型指令，10表示RRE型、RS型、S型及SI型指令，11表示SS型和SSE型指令。3.1.1數(shù)據(jù)傳送指令

計(jì)算機(jī)中最基本、最常用的指令，主要用于實(shí)現(xiàn)一個(gè)部件與另一個(gè)部件之間的數(shù)據(jù)傳送操作。主存單元之間的傳送

MOVmem2，mem1，其含義為(mem1)→mem2從主存單元傳送到寄存器

MOVreg，mem，其含義為(mem)→reg

在有些計(jì)算機(jī)中，該指令用助記符LOAD表示，又稱為取數(shù)指令。從寄存器傳送到主存單元

MOVmem，reg，其含義為(reg)→mem

在有些計(jì)算機(jī)里，該指令用助記符STORE表示，又稱為存數(shù)指令。寄存器之間的傳送

MOVreg2，reg1，其含義為(reg1)→reg23.1.2算術(shù)運(yùn)算指令

運(yùn)算類指令的主要功能是進(jìn)行各類數(shù)據(jù)信息處理，包括各種算術(shù)運(yùn)算及邏輯運(yùn)算指令。3.1.3邏輯運(yùn)算指令

邏輯運(yùn)算指令主要包括各類布爾量的邏輯運(yùn)算指令，如與、或、非、異或、測(cè)試等指令。按位測(cè)（位檢查）例如：ANDAL，01H按位清（位清除）例如：ANDAL，F(xiàn)EHXXXXXXXX∧000000010000000XXXXXXXXX∧11111110XXXXXXX0按位置（位設(shè)置）例如：ORAL，80H按位修改

利用“異或”指令可以修改目的操作數(shù)的某些位，只要源操作數(shù)的相應(yīng)位為“1”，其余位為“0”，異或之后就達(dá)到了修改這些位的目的（因?yàn)?/p>

⊕1=A，A⊕0=A）。例如：XORAL，08HXXXXXXXX∨100000001XXXXXXXXXXXXXXX⊕00001000XXXXXXXX判符合

若兩數(shù)相符合，其異或之后的結(jié)果必定為“0”。清0例如：XORAL，AL3.1.4算術(shù)移位指令