计算机组成原理必备基础知识（下）

计算机组成原理必备基础知识(上)
计算机组成原理必备基础知识（中）
计算机组成原理必备基础知识（下）

第六章 计算机的运算方法（难点）

1.掌握有原码，补码，反码，移码的表示方法

假设 n 为机器数的位数（如一个字节，则 n = 8）,则以下给出原码，反码，补码，移码的定义。

原码定义：
反码定义：

补码定义：
移码定义：

了解计算机的内部运算，从机器数开始讲起

(1).机器数
一个数在计算机中的二进制表示形式, 叫做这个数的机器数。机器数是带符号的，在计算机 中用一个数的最高位存放符号, 正数为0, 负数为1.

(2).真值
因为第一位是符号位，所以机器数的形式值就不等于真正的数值。例如上面的有符号数 10000011，其最高位1代表负，其真正数值是 -3 而不是形式值131（10000011转换成十进制等于131）。所以，为区别起见，将带符号位的机器数对应的真正数值称为机器数的真值。
例：0000 0001的真值 = +000 0001 = +1，1000 0001的真值 = –000 0001 = –1

(3).原码
原码就是符号位加上真值的绝对值, 即用第一位表示符号, 其余位表示值.

(4).反码
反码的表示方法是: 正数的反码是其本身
负数的反码是在其原码的基础上, 符号位不变，其余各个位取反.
[+1] = [00000001]原 = [00000001]反
[-1] = [10000001]原 = [11111110]反

(5) 补码
补码的表示方法是:
正数的补码就是其本身
负数的补码是在其原码的基础上, 符号位不变, 其余各位取反, 最后+1. (即在反码的基础上+1)
[+1] = [00000001]原 = [00000001]反 = [00000001]补
[-1] = [10000001]原 = [11111110]反 = [11111111]补

(6) 移码
移码的表示方法为：
在补码的基础上，每一个数值加上2^n-1,如原码的范围 -2^n-1 ~ 2^n-1-1 (-128 ~ - 127 )
,所有的数据向后平移128，则移码的范围为： (0 ~ 255 )

2.补码求原码，原码求补码，然后求真值的方法。

(1)通过原码求补码：符号位不变，各位取反，末位加1；
(2)通过补码求原码：
①符号位不变，各位取反，末位加1；
②从右往左数，遇到第一个1不变，其它取反

3.原码中0有两种表示方法（正零和负零），补码中0只有一种表示方法（正零和负零的表示方法）

原码: 0 0000000 (正零) 1 0000000 (负零)
补码:0 0000000 (正零) 1 0000000（-128）

所以：补码比原码表示的范围多1个，这一个就是，原码中的负零，在补码中表示-128

4.假设有符号数的位数为8（包括符号位），补码能表示的真值范围？

补码能表示的真值范围位-128 ~ +127

6.什么是定点表示？什么是浮点表示？

（1）定点表示：小数点固定某一位置的数为定点数
（2）浮点表示：小数点位置可以浮动的数。

7.浮点数在机器中的表示形式，由哪几部分组成？

由尾数，数符，阶码，阶符四部分组成。

8.规格化浮点数的表示范围（最大正数，最小正数，最大负数，最小负数）的计算方法。

9.IEEE754标准规定的浮点数由哪几部分组成？

由数符，阶码（含阶符）以及尾数组成。

10.IEEE754标准规定的浮点数中，阶码和尾数用什么形式表示？

阶码用移码表示，阶码包括阶符n位，其偏移量是2^n-1，尾数用原码表示。

11.float占多少位？double占多少位？

float为短实数，占32位，其中阶码8位，尾数23位，符号位1。
double为长实数，占64位，其中阶码占11位，尾数为52位，符号位1。

12.对正数进行算术移位，当正数采用原码，补码，反码时，左移或右移时，低位或高位填补什么代码？

对于正数:
其源码，补码，反码均等于真值，
左移时，低位填补0，右移时，低位移丢，高位补零

13.对于负数进行算术移位，当负数采用源码，补码，反码时，左移或右移时，低位或高位填补什么代码？

对于源码，左移或右移时，低位或高位均填补0；
对于补码：左移时，低位填补0，右移时高位填补1；
对于反码：左移或右移时，低位或高位均填补1

14.什么是逻辑移位？

逻辑移位是对无符号数的移位，由于无符号数不存在符号位，
左移时，高位移丢，低位补0。
右移时，低位移丢，高位补0.

15.加法和减法时，什么情况下可能能发生溢出？如何简单判断发生溢出？

(1）正数加正数，正数减负数，负数加负数，负数减正数时，可能会发生溢出。
(2）如果参数参加操作的两个数符号相同（转换成补码的加法），其结果与源操作数符号不同，即为溢出。
(3）如果补码采用1位符号位，如果最高有效位的进位和符号位的进位不同，则发生溢出。

16.定点乘法运算可以使用加法和移位来实现吗？
可以。

17.浮点加减运算基本按照哪几步来进行？

（1）对阶：使小数点对齐；
（2）尾数求和：将对阶后的两个尾数按照定点加减运算规则求和；
（3）规格化：尾数规格化
（4）舍入：尾数右规时，丢失数值位；
（5）溢出判断：判断结果是否溢出

18.如何判断浮点运算结果是否溢出？

阶码是否超出了其表示范围。（使用2个符号位判断溢出）

---

第七章 指令系统

1.什么是机器指令？什么是系统指令系统？

（1）机器指令：每一条机器语言的语句；
（2）指令系统：全部指令的集合

2.一条指令包含哪两个主要部分？请简要说明各部分作用。

(1)操作码：指明指令要完成的操作；
(2)地址码：指明指令要操作的数据或数据来源；

3.操作码长度有固定长度和可变长度两种，各自有什么优点？

（1）固定长度：便于硬件设计，指令译码时间短；
（2）可变长度：压缩了操作码平均长度；

4.指令中地址码中的地址可以是哪些设备的地址？

可以是主存地址，寄存器地址或者I/O设备的地址；

5.指令中地址的个数可以有几个？

四地址，三地址，二地址，一地址及零地址；

6.假设指令中有四个地址，三个地址，两个地址以及一个地址，各自需要访存几次？

（1）四地址：访存5次 （取指令指令，根据地址码的个数，访问内存几次）
（2）三地址：访存4次
（3）两地址：访存3次
（4）一地址：访存2次

7.当使用寄存器代替指令字中的地址码字段后，有哪些优点？

（1）扩大指令字的寻址范围；
（2）缩短指令字字长
（3）减少了访存次数

8.数据在存储其中存储时，为什么要按照边界对齐？

减少访存次数。

9.寻址方式包括哪两类？

（1）指令寻址：下一条要执行的指令的指令地址；
（2）数据寻址：确定本指令的操作数的地址；

10.什么是形式地址？什么是有效地址？

（1）形式地址：指令的地址码字段通常都不代表操作数的真实地址，成为形式地址，记为A；
（2）有效地址：操作数的真实地址，记为EA，由寻址特征和形式地址共同决定。

11.了解各种寻址方式的概念及根据形式地址形成有效的方式。

立即寻址，直接寻址，隐含寻址，间接寻址，寄存器寻址，寄存器寻址，基址寻址（隐式或显式），变址寻址，相对寻址，栈堆寻址

12.什么是RISC，什么是CISC？

RISC：精简指令集；
CISC：复杂指令集；