《计算机组成原理》课程设计报告

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1、计计算算机机组组成成原原理理 课课程程设设计计报报告告专业专业计算机科学与技术计算机科学与技术学生姓名学生姓名秦霞秦霞班级班级B 计计 073学号学号0710604317指导教师指导教师张静林张静林完成日期完成日期2010 年年 9 月月盐盐城城工工学学院院信信息息学学院院1目 录一、课程设计的目的.2二、课程设计的内容.21题目：.22功能：.23实现步骤：.2三、主要技术指标及特点.2四、设计小结.2五、参考文献.22一、课程设计的目的一、课程设计的目的 本课程设计是在学完本课程教学大纲规定的全部内容、完成所有实践环 节的基础上，旨在深化学生学习的计算机组成原理课程基本知识，进一步领 会计

2、算机组成原理的一些算法，并进行具体实现，提高分析问题、解决问题 的综合应用能力。二、课程设计的内容二、课程设计的内容 1题目：计算机组成原理算法实现（三） 2功能：课题能够实现逻辑运算（逻辑非、逻辑加、逻辑乘、逻辑异） 、 定点整数的单符号位补码加减运算、定点整数的原码一位乘法运算和浮点数 的加减运算。 3实现步骤： （1）系统进入（主）窗体的设计：菜单需要在输入口令正确后方可激活使 用。口令输入错误时要给出重新输入口令的提示，三次口令输入错误应该禁 止使用。3（2）选择主窗体中“逻辑运算”时进入下图所示的窗体： 在上面的窗体中按“输入”按扭时，将输入焦点设置为最上面的一个文 本框上。依次输入

3、两个（或一个）二进制数（如 11001100 或 00111010）后， 按“逻辑非” 、 “逻辑加” 、 “逻辑乘”或“逻辑异”按扭中的任一个后，将在 第三个文本框中显示对应操作的结果。选择“返回”按扭时回到主窗体。4（3）进行定点整数单符号位补码加减法的实现时都是在主窗体选择对应的 菜单项后进入对应窗体再进行具体操作。操作时首先选择“输入”按扭输入 参与运算的数据，然后再选操作按扭。各自窗体的参考图如下所示：5在第一个数中输入+11001100 在第二个数中输入-01011100 点击加法按钮和减 法按钮可得加法 结果和减法结果 进行定点整数定点整数原码乘法的实现时都是在主窗体选择对应的菜

4、单项后 进入对应窗体再进行具体操作。操作时首先选择“输入”按扭输入参与运算 的数据，然后再选操作按扭。各自窗体的参考图如下所示：6进行定点整数单符号位补码加减法、定点整数原码乘法、浮点加减法的实现 时都是在主窗体选择对应的菜单项后进入对应窗体再进行具体操作。操作时 首先选择“输入”按扭输入参与运算的数据，然后再选操作按扭。各自窗体 的参考图如下所示：7如需帮助，可按帮助按钮，得到以下窗口：三、主要技术指标及特点三、主要技术指标及特点 数据表示方法：数据表示方法：计算机中常用的数据表示格式有两种，一是定点格式，二是浮点格式。（1)定点表示：约定机器中所有数据的小数点位置是固定的。由于约定 在固定

5、的位置，所以小数点就不再使用记号“.”来表示。 （2）浮点表示：定点数表示的数的范围有限，为了扩展数的表示范围， 按照科学记数法表示数据的方式，任何一个二进制数 N 都可以表示 成如下的格式： NM*2e M ：尾数，是一个纯小数，决定数据的表示精度 e ：指数，又称为阶码，是一个整数，决定数据的表示范围8数的机器码表示：数的机器码表示：一般书写所表示的数据称为真值，在计算机中为了表示符号位，通常 把符号位和数字位一起编码来表示相应的数，形成了各种数据的存储 和表示方法，这些编码称为机器码。常用的机器码有原码、反码、补 码和移码。 （1）原码：原码的数值部分是该数的绝对值，最高位表示符号位，最

6、 高位为 0 是正数，最高位为 1 是负数。 （2）反码：正数的反码等于原码，负数的反码等于除符号位外其余二 进制数码 0 变成 1，1 变成 0。正数： x反 = x原 = x负数： 符号位不变，其余变反 （3）补码：正数的补码等于原码，负数的补码等于反码加 1。正数： x补= x原 负数： x补= x反 +1 定点加、减法运算：定点加、减法运算： 结论：任何两数的补码只和等于两数只和的补码 补码加法基本公式： x补 + y补 = x+y补 补码减法基本公式： x补 - y补x补 + -y补当负数用补码表示后，符号位作为数据的一部分一起参加运算，运算器 不用考虑参加加法运算的操作数的正负以及

7、结果的正负，任意数的加法 就可以化作正数加法来作。 溢出：在定点数机器中,数的大小超出了定点数能表示的范围， 叫溢出。 （1）在定点小数机中数的表示范围是-1x1，如果运算过程中出现了大 于 1 或者小于1 的情况。 （2）在定点整数机（8 位）中数的表示范围是-128x127，如果运算过 程中出现了大于 127 或者小于128 的情况。双符号位法：将符号位扩 展为 2 位，具体说就是对于正数两个符号位是“00” ，对于负数两个符 号位是“11” 。两个符号位都看作数码一样参加运算。两个数相加后， 其结果的符号位出现“01”或“10”两种组合时,表示发生溢出。 符号位“01” ，上溢出 符号位

8、“10” ，下溢出 符号位“00”或者“11” ，未溢出从补求补的法则是：对补“包括符号位求反且最末位加 1”,即可得到补 定点乘法运算定点乘法运算 ： 在定点计算机中,两个原码表示的数相乘的运算规则是:乘积的符号位由9两数的符号位按异或运算得到,而乘积的数值部分则是两个正数相乘之 积。设 n 位被乘数和乘数用定点小数表示(定点整数也同样适用) 被乘数 原f .n110乘数 原f .n110则乘积原(ff)(0.n110)(0.n110) 式中,f为被乘数符号,f为乘数符号。 机器算法： 机器中一种方法是多次采用”加法移位“的方法来完成， 称为串行乘法器，它的硬件结构简单，但是速度慢，目前广泛

9、使用的是 流水式阵列乘法器，称为并行乘法器。无符号数 m 乘以 n 会产生 m*n 个 位积，出现 m+n 个列和，并行乘法器的关键是快速产生 m*n 个位积，对 位积进行相加运算产生 m+n 个列和。 第一步：位积的产生 观察乘法运算：0*00，0*10，1*00，1*11相当于：ab 所以 m*n 个位积可以由 m*n 个与门并行产生。 第二步：列和的产生：利用全加器 浮点数的加减法运算：浮点数的加减法运算： 浮点数的加减法运算分为六个步骤： （1）0 操作数检查浮点加减运算过程比定点运算过程复杂。如果判知两个操作数或 中有一个数为 0,即可得知运算结果而没有必要再进行后续的一系列 操作以

10、节省运算时间。0 操作数检查步骤则用来完成这一功能。参加加法运算的数据都是非零，进入下一步。 （2）比较价码大小并完成对阶为了便于直观理解,假设两数均以补码表示,阶码采用双符号位,尾 数采用单符号位。 两浮点数进行加减，首先要看两数的阶码是否相同， 若二数阶码不同，表示小数点位置没有对齐，此时必须使二数阶码相 同，这个过程叫作对阶。对阶操作规定使尾数右移，尾数右移后阶码 作相应增加，因此对阶时,总是使小阶向大阶看齐。 （3）尾数进行加减运算对阶结束后，即可进行尾数的求和运算。不论加法运算还是减法运 算，都按加法进行操作(减法利用补码减法转换成补码的加法来做)， 其方法与定点加减法运算完全一样。

11、（4）结果规格化a. 采用双符号位表示尾数时，如果两符号位为 01 或 10 时，应将结果 尾数右移一位，阶码加 1（叫“右规” ） 。b. 如果尾数最高数值位与符号位相同，应将尾数左移，阶码减，直 至数值位最高位与符号位相反（叫“左规” ） 。10（5）舍入运算在对阶向右规格化，尾数向右移位，这样被右移的尾数的低位部分 会被丢掉，从而造成一定误差，要进行舍入处理。 简单的舍入方法有两种：一种是“0 舍 1 入”法，即如果右移时被丢掉 数位的最高位为 0 则舍去，为 1 则将尾数的末位做加加 1 运算。另一 种是“恒置 1”法，即只要数位被移掉，就在尾数的末尾恒置 1。 （6）判断结果是否溢出

12、阶码为 00 011，阶码的符号位为 00，根据补码的双符号检测溢出 的方法确定阶码不溢出。登陆窗口流程图登陆窗口流程图输入密码判断密码计数器加1激活菜单栏 隐藏登陆提示 显示已登录弹出错误窗口判断计数器值 是否小于三结束开始逻辑运算流程图逻辑运算流程图结束开始在输入框中输入二进 制数后按相应按钮判断是单目运算还是 双目预算将文本框中的二进 制数做逻辑非在第 三个文本框中输出判断文本框中 的数是否为二 进制数在相应文本框 中显示输入 “二进制数”判断文本框中 的数是否为二 进制数在相应文本框 中显示输入 “二进制数”判断第二个输入框中 的数是否与第一个文 本框等长将第一第二文本框中的 二进制数

13、做逻辑加在第 三个文本框中输出在第二个文本框中显 示输入“输入和第一 个数等长的数”判断做哪种双目预算将第一第二文本框中的 二进制数做逻辑乘在第 三个文本框中输出将第一第二文本框中的 二进制数做逻辑异在第 三个文本框中输出定点整数单符号位补码加减法流程图定点整数单符号位补码加减法流程图11结束开始在输入框中输入二进 制数后按相应按钮判断文本框中的数 是否为带符号二进 制数在相应文本框中显示输入 “带符号的二进制数”判断第二个输入框中 的数是否与第一个文 本框等长间转换后的补码做加法 运算在第二个文本框中显 示输入“输入和第一 个数等长的数”判断做哪种双目预算将文本框中的带符号二 进制数转换成补码减数 转换两次将文本框中的带符号 二进制数转换成补码得到的结果的补码转换 成带符号的二进制数在 结果文本框中显示定点整数的原码乘法窗体流程图定点整数的原码乘法窗体流程图结束开始在输入框中输入二进 制数后按相应按钮判断文本框中的数 是否为带符号二进 制数在相应文本框中 显示输入“带符 号的二进制数”将只能更换后的被乘数 源码依次乘以乘数的每 一位后相加将文本框中的带符号 二进制数转换成原码得到的积的源码转换 成带符号的二进制数 在结果文本框中显示12四、设计小结四、设计小结通过为期