《計算機組成原理》課程設計

1、<p><b>　　課程設計說明書</b></p><p>　　《計算機組成原理》算法實現(xiàn)（五）</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 課程設計目的2</p><p>　　2 課程設計內容與要求2</p><p>　　2.1課程

2、設計的內容2</p><p>　　2.2 課程設計的要求2</p><p><b>　　3 實現(xiàn)方法2</b></p><p>　　3.1 系統(tǒng)目標2</p><p>　　3.2 主體設計4</p><p>　　3.2.1 主窗體的設計4</p><p>　　3

3、.2.2 定點整數(shù)真值還原窗體的設計6</p><p>　　3.2.3 定點整數(shù)單符號位補碼加減法8</p><p>　　3.2.4 定點整數(shù)的原碼乘法10</p><p>　　3.2.5 浮點數(shù)的加減運算12</p><p><b>　　4 設計小結13</b></p><p><

4、;b>　　參考文獻13</b></p><p><b>　　1 課程設計目的</b></p><p>　　本課程設計是在學完本課程教學大綱規(guī)定的全部內容、完成所有實踐環(huán)節(jié)的基礎上，旨在深化學生學習的計算機組成原理課程基本知識，進一步領會計算機組成原理的一些算法，并進行具體實現(xiàn)，提高分析問題、解決問題的綜合應用能力。</p><p

5、>　　2 課程設計內容與要求</p><p>　　2.1課程設計的內容</p><p>　　計算機組成原理算法實現(xiàn)（五）</p><p>　　2.2 課程設計的要求</p><p>　　能夠實現(xiàn)機器數(shù)的真值還原（定點整數(shù)）、定點整數(shù)的單符號位補碼加減運算、定點整數(shù)的原碼乘法運算和浮點數(shù)的加減運算。</p><p>

6、;<b>　　3 實現(xiàn)方法</b></p><p><b>　　3.1 系統(tǒng)目標</b></p><p>　　本程序含有以下幾個功能模塊，分別能夠實現(xiàn)如設計內容所設計的功能。共有5個類，各類之間的關系如圖3-1所示：</p><p><b>　　系統(tǒng)流程圖：</b></p><p&

7、gt;<b>　　3.2 主體設計</b></p><p>　　3.2.1 主窗體的設計</p><p>　　程序菜單需要在輸入口令正確后方可使用，若口令輸入錯誤需給出重新輸入口令的提示，三次口令輸入錯誤則禁止使用。</p><p><b>　　登陸算法的流程圖：</b></p><p>　　3.2

8、.2 定點整數(shù)真值還原窗體的設計</p><p>　　選擇主窗體中“機器數(shù)的真值還原（定點整數(shù)）”時進入下圖所示的窗體。在上面的窗體中按“輸入”按扭時，將輸入焦點設置為最上面的一個文本框上。輸入一個機器數(shù)（如10001000）后，按“原->真值”、“反->真值”、“補->真值”或“移->真值”按扭中的任一個后，將在第二文本框中顯示對應操作的結果。選擇“返回”按扭時將關閉此窗體。</p

9、><p>　　算法的原理：計算機中常用的數(shù)據(jù)表示格式有兩種，一是定點格式，二是浮點格式。</p><p>　　a）定點表示：約定機器中所有數(shù)據(jù)的小數(shù)點位置是固定的。由于約定在固定的位置，所以小數(shù)點就不再使用記號“.”來表示。 </p><p>　　b）浮點表示：定點數(shù)表示的數(shù)的范圍有限，為了擴展數(shù)的表示范圍，按照科學記數(shù)法表示數(shù)據(jù)的方式，任何一個二進制數(shù)N都可以表示成如

10、下的格式：</p><p><b>　　N＝M*2e</b></p><p>　　M ：尾數(shù)，是一個純小數(shù)，決定數(shù)據(jù)的表示精度</p><p>　　e ：指數(shù)，又稱為階碼，是一個整數(shù)，決定數(shù)據(jù)的表示范圍</p><p>　　一般書寫所表示的數(shù)據(jù)稱為真值，在計算機中為了表示符號位，通常把符號位和數(shù)字位一起編碼來表示相應的數(shù)

11、，形成了各種數(shù)據(jù)的存儲和表示方法，這些編碼稱為機器碼。常用的機器碼有原碼、反碼、補碼和移碼。</p><p>　　a）原碼：原碼的數(shù)值部分是該數(shù)的絕對值，最高位表示符號位，最高位為0是正數(shù)，最高位為1是負數(shù)。</p><p>　　b ）反碼：正數(shù)的反碼等于原碼，負數(shù)的反碼等于除符號位外其余二進制數(shù)碼0變成1，1變成0。</p><p>　　正數(shù)： [x]反 = [x

12、]原 = x </p><p>　　負數(shù)： 符號位不變，其余變反</p><p>　　c）補碼：正數(shù)的補碼等于原碼，負數(shù)的補碼等于反碼加1。</p><p>　　正數(shù)： [x]補= [x]原 </p><p>　　負數(shù)： [x]補= [x]反 +1</p><p&g

13、t;　　d）移碼：是符號位取反的補碼，一般用做浮點數(shù)的階碼，引入的目的是為了保證浮點數(shù)的機器碼為全0。 </p><p><b>　　真值還原流程圖：</b></p><p>　　3.2.3 定點整數(shù)單符號位補碼加減法</p><p>　　進行定點整數(shù)單符號位補碼加減法的實現(xiàn)時都是在主窗體選擇對應的菜單項后進入對應窗體再進行具體操作。操作時首先

14、選擇“輸入”按扭輸入?yún)⑴c運算的數(shù)據(jù)，然后再選操作按扭。</p><p><b>　　算法的原理：</b></p><p>　　任何兩數(shù)的補碼只和等于兩數(shù)只和的補碼</p><p>　　補碼加法 [x]補 + [y]補 = [x+y]補 </p><p>　　補碼減法 [x]補 - [y]補＝[x]補 + [-y]

15、補</p><p>　　當負數(shù)用補碼表示后，符號位作為數(shù)據(jù)的一部分一起參加運算，運算器不用考慮參加加法運算的操作數(shù)的正負以及結果的正負，任意數(shù)的加法就可以化作正數(shù)加法來作。</p><p>　　溢出：在定點數(shù)機器中,數(shù)的大小超出了定點數(shù)能表示的范圍，叫溢出。</p><p>　　a）在定點小數(shù)機中數(shù)的表示范圍是-1<x<1，如果運算過程中出現(xiàn)了大于1或者

16、小于－1的情況。</p><p>　　b）在定點整數(shù)機（8位）中數(shù)的表示范圍是-128<x<127，如果運算過程中出現(xiàn)了大于127或者小于－128的情況。雙符號位法：將符號位擴展為2位，具體說就是對于正數(shù)兩個符號位是“00”，對于負數(shù)兩個符號位是“11”。兩個符號位都看作數(shù)碼一樣參加運算。兩個數(shù)相加后，其結果的符號位出現(xiàn)“01”或“10”兩種組合時,表示發(fā)生溢出。</p><p&g

17、t;　?、俜栁弧?1”，上溢出</p><p>　?、诜栁弧?0”，下溢出</p><p>　?、鄯栁弧?0”或者“11”，未溢出從[ｙ]補求[－ｙ]補的法則是：對[ｙ]補“包括符號位求反且最末位加1”,即可得到[－ｙ]補</p><p>　　定點整數(shù)單符號位補碼加減法運算的流程圖：</p><p>　　3.2.4 定點整數(shù)的原碼乘法&

18、lt;/p><p>　　進行定點整數(shù)原碼乘法的實現(xiàn)時都是在主窗體選擇對應的菜單項后進入對應窗體再進行具體操作。操作時首先選擇“輸入”按扭輸入?yún)⑴c運算的數(shù)據(jù)，然后再選操作按扭。</p><p>　　算法的原理：在定點計算機中,兩個原碼表示的數(shù)相乘的運算規(guī)則是:乘積的符號位由兩數(shù)的符號位按異或運算得到,而乘積的數(shù)值部分則是兩個正數(shù)相乘之積。設n位被乘數(shù)和乘數(shù)用定點小數(shù)表示(定點整數(shù)也同樣適用)　&

19、lt;/p><p>　　被乘數(shù) [ｘ]原＝ｘf .ｘn－1…ｘ1ｘ0 </p><p>　　乘數(shù) [ｙ]原＝ｙf .ｙn－1…ｙ1ｙ0 </p><p>　　則乘積 [ｚ]原＝(ｘf⊕ｙf)＋(0.ｘn－1…ｘ1ｘ0)(0.ｙn－1…ｙ1ｙ0) 式中,ｘf為被乘數(shù)符號,ｙf為乘數(shù)符號。 機器算法： 機器中一種方法是多次采用”加法－移位“的方法來完成，稱為串

20、行乘法器，它的硬件結構簡單，但是速度慢，目前廣泛使用的是流水式陣列乘法器，稱為并行乘法器。無符號數(shù)m乘以n會產(chǎn)生m*n個位積，出現(xiàn)m+n個列和，并行乘法器的關鍵是快速產(chǎn)生m*n個位積，對位積進行相加運算產(chǎn)生m+n個列和。</p><p>　　第一步：位積的產(chǎn)生觀察乘法運算0*0＝0，0*1＝0，1*0＝0，1*1＝1 相當于：a∩b 。所以m*n個位積可以由m*n個與門并行產(chǎn)生。第二步：列和的產(chǎn)生：利用全加器&l

21、t;/p><p>　　定點整數(shù)的原碼乘法算法的流程圖： </p><p>　　3.2.5 浮點數(shù)的加減運算</p><p>　　進行定點整數(shù)單符號位補碼加減法、定點整數(shù)原碼乘法、浮點加減法的實現(xiàn)時都是在主窗體選擇對應的菜單項后進入對應窗體再進行具體操作。操作時首先選擇“輸入”按扭輸入?yún)⑴c運算的數(shù)據(jù)，然后再選操作按扭。</p><p>　　算法的原

22、理：浮點數(shù)的加減法運算分為六個步驟：</p><p><b>　　a）0操作數(shù)檢查</b></p><p>　　浮點加減運算過程比定點運算過程復雜。如果判知兩個操作數(shù)ｘ或ｙ中有一個數(shù)為0,即可得知運算結果而沒有必要再進行后續(xù)的一系列操作以節(jié)省運算時間。0操作數(shù)檢查步驟則用來完成這一功能。參加加法運算的數(shù)據(jù)都是非零，進入下一步。b）比較價碼大小并完成對階</p&g

23、t;<p>　　為了便于直觀理解,假設兩數(shù)均以補碼表示,階碼采用雙符號位,尾數(shù)采用單符號位。 兩浮點數(shù)進行加減，首先要看兩數(shù)的階碼是否相同，若二數(shù)階碼不同，表示小數(shù)點位置沒有對齊，此時必須使二數(shù)階碼相同，這個過程叫作對階。對階操作規(guī)定使尾數(shù)右移，尾數(shù)右移后階碼作相應增加，因此對階時,總是使小階向大階看齊。</p><p>　　c）尾數(shù)進行加減運算</p><p>　　對階結束

24、后，即可進行尾數(shù)的求和運算。不論加法運算還是減法運算，都按加法進行操作(減法利用補碼減法轉換成補碼的加法來做)，其方法與定點加減法運算完全一樣。</p><p><b>　　d）結果規(guī)格化</b></p><p>　?、?采用雙符號位表示尾數(shù)時，如果兩符號位為01或10時，應將結果尾數(shù)右移一位，階碼加1（叫“右規(guī)”）。</p><p>　?、?

25、如果尾數(shù)最高數(shù)值位與符號位相同，應將尾數(shù)左移，階碼減１，直至數(shù)值位最高位與符號位相反（叫“左規(guī)”）。</p><p><b>　　e）舍入運算</b></p><p>　　在對階向右規(guī)格化，尾數(shù)向右移位，這樣被右移的尾數(shù)的低位部分會被丟掉，從而造成一定誤差，要進行舍入處理。</p><p>　　簡單的舍入方法有兩種：一種是“0舍1入”法，即如果

26、右移時被丟掉數(shù)位的最高位為0則舍去，為1則將尾數(shù)的末位做加加1運算。另一種是“恒置1”法，即只要數(shù)位被移掉，就在尾數(shù)的末尾恒置1。</p><p>　　f）判斷結果是否溢出</p><p>　　階碼為00 011，階碼的符號位為00，根據(jù)補碼的雙符號檢測溢出的方法確定階碼不溢出。</p><p><b>　　4 設計小結</b></p&g

27、t;<p>　　通過這一周的課程設計讓我更加的了解的計算機組成原理的魅力。同時知道組成原理這門課程不單單只是簡單的書本上的知識，有更多的實踐知識。這是實驗我是用的C#語言來編寫的，過程當中碰到了很多問題，翻閱了一些書籍，同學之間相互討論，問題最終得到了解決。這次的課程設計也很好的將實踐和書本上學到的東西結合在了一起，讓我們更加融匯貫通，自己的能力也得到了提高。</p><p><b>