计算机组成原理数据的表示和运算

第二章 计算机的信息表示

2.1计算机中表示信息的数据类型 2.2定点无符号数的表示 2.3定点符号数的表示 2.4二进制加减法

2.5利用二进制位串的其他代码制

1.数据表示是要弄清：数据用硬件或者软件实现以及实现方法

(1)数据类型 = 数据表示 + 数据结构 数据表示最常用，简单，硬件实现 数据结构面向系统软件，应用领域需要处理的数据类型+逻辑结构和物理结构之间的关系

(2)用数据表示来实现的数据类型的原则：①缩短程序的运行时间 ②减少CPU与主存储器之间的通信量 ③通用性和利用率

(3)二进制变量和二进制代码是信息表示的基础；不同类型的信息——不同的二进制数码的方法和数制①无符号数②符号数③二进制位串

（4）无符号数：直接产生的普通二进制代码 ①指令中的操作码 ②指令中的地址码（寄存器号） ③存储器地址 ④计数器值 ⑤时钟、时钟频率等 符号数： ①计算机进行的数值工程计算 ②算数操作指令处理的数值（带符号的整数或浮点数） 二进制位串（比符号数更为广泛） ①指令系统中的逻辑操作 ②记号（文本数据等） ③控制器中的状态字、标识数和控制码

2.定点数

含义：小数点

实验一 运算器实验

计算机的一个最主要的功能就是处理各种算术和逻辑运算，这个功能要由 CPU 中的运算器来完成，运算器也称作算术逻辑部件 ALU。首先安排基本运算器实验，了解运算器的基本结构。

1.1实验目的

(1) 了解运算器的组成结构。 (2) 掌握运算器的工作原理。

1.2实验设备

PC机一台，Digilent Nexys 4TM开发板，Xilinx Vivado开发套件。

1.3实验原理

Digilent Nexys 4TM开发板的通用I/O设备电路图如图1.1所示：

开发板的通用I/O设备电路图

如上所示，Nexys4 DDR板 包括2个三色LED，16个滑动开关，6个按钮开关，16个单体LED和1个数字-8的七段显示器。为了防止粗心大意的短路（假如一个FPGA针脚分派到一个按钮开关或者滑动开关被粗心大意的定为输出时将发生短路）损害，按钮开关和滑动开关通过串联电阻连接到FPGA。5个按钮开关分派到1个“+”信号的配置是瞬时开关，在正常情况下，这些瞬时开关不用时产生低信号输出，被压时产生高信号输出。另一方面，“CPU RESET”红色按钮不用时产生高信号输出，被压时产生低信号输出。“CPU RESET”按钮常常在EDK（嵌入式开发

实验一 运算器实验

计算机的一个最主要的功能就是处理各种算术和逻辑运算，这个功能要由 CPU 中的运算器来完成，运算器也称作算术逻辑部件 ALU。首先安排基本运算器实验，了解运算器的基本结构。

1.1实验目的

(1) 了解运算器的组成结构。 (2) 掌握运算器的工作原理。

1.2实验设备

PC机一台，Digilent Nexys 4TM开发板，Xilinx Vivado开发套件。

1.3实验原理

Digilent Nexys 4TM开发板的通用I/O设备电路图如图1.1所示：

开发板的通用I/O设备电路图

如上所示，Nexys4 DDR板 包括2个三色LED，16个滑动开关，6个按钮开关，16个单体LED和1个数字-8的七段显示器。为了防止粗心大意的短路（假如一个FPGA针脚分派到一个按钮开关或者滑动开关被粗心大意的定为输出时将发生短路）损害，按钮开关和滑动开关通过串联电阻连接到FPGA。5个按钮开关分派到1个“+”信号的配置是瞬时开关，在正常情况下，这些瞬时开关不用时产生低信号输出，被压时产生高信号输出。另一方面，“CPU RESET”红色按钮不用时产生高信号输出，被压时产生低信号输出。“CPU RESET”按钮常常在EDK（嵌入式开发

实验题目 运算器实验

一、算术逻辑运算器

1. 实验目的与要求：

1.掌握算术逻辑运算器单元ALU（74LS181）的工作原理。 2.掌握简单运算器的数据传送通道。

3.验算由74LS181等组合逻辑电路组成的运算功能发生器运算功能。 4.能够按给定数据，完成实验指定的算术/逻辑运算。 2. 实验方案：

（一）实验方法与步骤 1实验连线

按书中图1－2在实验仪上接好线后，仔细检查正确与否，无误

后才接通电源。每次实验都要接一些线，先接线再开电源，这样可以避免烧坏实验仪。

2 用二进制数据开关分别向DR1寄存器和DR2寄存器置数。 3 通过总线输出寄存器DR1和DR2的内容。 （二）测试结果

3. 实验结果和数据处理： 实验结果记录表： 练习一 B 练习二 选项 B J O DR1 AA FF 55 DR2 55 FF 01 S3 S2 S1 S0 逻辑运算 算术运算（M=0） (M=1、Cn任意) Cn=1(无进位) Cn=0(有进位) 0 0 0 1 F=（00000000） F=（11111111） F=（00000000）

1．第6题

下列____不属于浮点加法的流水段？

A.对阶

B.阶码相加 C.尾数加减

D.规格化及舍入处理

标准答案：B 您的答案： 题目分数：2.0 此题得分：0.0

2．第7题

存储器容量为64M字，字长32位，模块数m = 10，分别用顺序方式和交叉方式进行组织。假定存储周期为T = 200ns，数据总线宽度为32位，总线周期为τ= 20ns。若连续读出10个字，顺序存储器和交叉存储器的带宽分别是 。

A.320Mb/s，1684Mb/s B.842Mb/s，320Mb/s C.160Mb/s，842Mb/s D.160Mb/s，1600Mb/s

标准答案：C 您的答案： 题目分数：2.0 此题得分：0.0

3．第10题

下面哪个标志触发器是CPU是否受理中断或者批准中断的标志____。

A.准备就绪的标志(RD) B.允许中断触发器(EI) C.中断请求触发器(IR) D.中断屏蔽触发器(IM)

标准答案：D 您的答案： 题目分数：2.0 此题得分：0.0

4．第16题

微程序控制器中，机器指令与微指令的关系是____。

A.每一条机器指令由一条微指令来执行

B.一段机器指令组成的程序可由一条微指令来执行

简答题

第一章 计算机系统概论

1.5冯?诺依曼计算机的特点是什么？P8 解：

?计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部件组成； ?指令和数据以同同等地位存放于存储器内 ,并可按地址寻访。 ?指令和数据均用二进制表示；

?指令由操作码、地址码两大部分组成；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。

?指令在存储器中顺序存放，通常自动顺序取出执行；

?机器以运算器为中心（原始冯?诺依曼机）。

1.7解释下列概念：

主机、CPU、主存、存储单元、存储元件、存储基元、存储元、存储字、存储字长、存储容量、机器字长、指令字长。 解：P9-10

主机：是计算机硬件的主体部分，由CPU和主存储器MM合成为主机。 CPU：中央处理器，是计算机硬件的核心部件，由运算器和控制器组成； 主存：计算机中存放正在运行的程序和数据的存储器，为计算机的主要工作存储器，可随机存取；由存储体、各种逻辑部件及控制电路组成。 存储单元：可存放一个机器字并具有特定存储地址的存储单位。

存储元件：存储一位二进制信息的物理元件，是存储器中最小的存储单位，又叫存储基元或存储元，不能单独存取。

存储字：一个存储单元所存二进制

机 密★启用前

大连理工大学网络教育学院

2017年春《计算机组成原理》

期末考试复习题

☆ 注意事项：本复习题满分共：400分。

一、名词解释

1.汇编语言虚拟机：将汇编语言源程序汇编为机器语言程序，然后在实际机器上执行。

2.高级语言虚拟机：将高级语言程序翻译为汇编语言，然后再翻译为机器语言程序在实际机器上执行。 3.微程序机器：每条机器指令的执行通过一段微程序的执行来实现。 4.存储字：存储单元中二进制代码的组合。 5.存储字长：存储单元中二进制代码的位数。 6.存储容量：大小为字数×字长。 7.PC（程序计数器）：存放当前欲执行指令的地址，具有自动“＋1”功能。 8.IR（指令寄存器）：存放当前欲执行的指令。 9.ID（指令译码器）：分析当前指令的功能。

10.机器字长：CPU一次能处理数据的位数，通常与CPU的寄存器位数有关。 11.MIPS：每秒执行的百万条指令数。 12.FLOPS：每秒执行的浮点指令数。 13.CPI：平均每条指令所需时间。

14.同步通信：发送时钟信号来同步数据传送。 15.异步通信：没有时钟，采用握手信号同步。 16.半同步通信：同步、异步结合，插入等待周期。 17.分离式通信：传输周期划分为功能独

题型：

一、填空题（每空2分，共20分）

1. 为了能实现按地址访问的方式，主存中必须配置两个寄存器MAR和MDR。其中MAR是 存储器地址寄存器 寄存器用来存放欲访问的存储单元的地址，MDR是 存储器数据寄存器 。

2. 计算机的更新换代，主要集中体现在组成计算机的基本电路的电子元件上。

3. 总线按连接部件的不同，可以分为片内总线、系统总线和通信总线。其中， 系统总线 是指CPU、主存、I/O设备各大部件之间的信息传输线。

4. 系统总线按传输信息的不同，可以分为：数据总线、控制总线、地址总线三类。

5. 总线通信控制有四种方式，分别为：同步通信、异步通信、半同步通信、分离式通信。

6. 完成一次总线操作的时间称为总线周期，可分为申请分配阶段、寻址阶段、传数阶段、结束阶段四个阶段。

7. 异步通信的应答方式可分为不互锁、半互锁和全互锁三种类型

8. 在存储系统层次结构中，缓存－主存层次主要解决的问题是 CPU和主存速度不匹配的问题。主存－辅存层次主要解决的

问题是存储系统的容量问题。

9. 动态RAM中，刷新是按 行 进行的。刷新方式有三种方式，即：集中刷新、分散刷新和异步刷新。

10. 存储容量的扩展方法中， 字扩展

机 密★启用前

大连理工大学网络教育学院

2017年春《计算机组成原理》

期末考试复习题

☆ 注意事项：本复习题满分共：400分。

一、名词解释

1.汇编语言虚拟机：将汇编语言源程序汇编为机器语言程序，然后在实际机器上执行。

2.高级语言虚拟机：将高级语言程序翻译为汇编语言，然后再翻译为机器语言程序在实际机器上执行。 3.微程序机器：每条机器指令的执行通过一段微程序的执行来实现。 4.存储字：存储单元中二进制代码的组合。 5.存储字长：存储单元中二进制代码的位数。 6.存储容量：大小为字数×字长。 7.PC（程序计数器）：存放当前欲执行指令的地址，具有自动“＋1”功能。 8.IR（指令寄存器）：存放当前欲执行的指令。 9.ID（指令译码器）：分析当前指令的功能。

10.机器字长：CPU一次能处理数据的位数，通常与CPU的寄存器位数有关。 11.MIPS：每秒执行的百万条指令数。 12.FLOPS：每秒执行的浮点指令数。 13.CPI：平均每条指令所需时间。

14.同步通信：发送时钟信号来同步数据传送。 15.异步通信：没有时钟，采用握手信号同步。 16.半同步通信：同步、异步结合，插入等待周期。 17.分离式通信：传输周期划分为功能独

1．第6题

下列____不属于浮点加法的流水段？

A.对阶

B.阶码相加 C.尾数加减

D.规格化及舍入处理

标准答案：B 您的答案： 题目分数：2.0 此题得分：0.0

2．第7题

存储器容量为64M字，字长32位，模块数m = 10，分别用顺序方式和交叉方式进行组织。假定存储周期为T = 200ns，数据总线宽度为32位，总线周期为τ= 20ns。若连续读出10个字，顺序存储器和交叉存储器的带宽分别是 。

A.320Mb/s，1684Mb/s B.842Mb/s，320Mb/s C.160Mb/s，842Mb/s D.160Mb/s，1600Mb/s

标准答案：C 您的答案： 题目分数：2.0 此题得分：0.0

3．第10题

下面哪个标志触发器是CPU是否受理中断或者批准中断的标志____。

A.准备就绪的标志(RD) B.允许中断触发器(EI) C.中断请求触发器(IR) D.中断屏蔽触发器(IM)

标准答案：D 您的答案： 题目分数：2.0 此题得分：0.0

4．第16题

微程序控制器中，机器指令与微指令的关系是____。

A.每一条机器指令由一条微指令来执行

B.一段机器指令组成的程序可由一条微指令来执行