计算机组成原理算法实现.docx

《计算机组成原理》 课程设计说明书 ( 课 题 二 ) 信 息 工 程 学 院 目 录 1 课程设计的目的 1 2 设计内容与要求 1 2.1 题 目 1 2.2 功 能 1 2.3 算法原理 1 3 主要技术指标及特点 4 3.1 登录窗体 4 3.2操作界面 7 3.3 定点小数机器表示窗口界面 9 3.4定点小数变形补码加减运算界面 13 3.5定点小数的原码乘法界面 16 3.6浮点数加减运算界面 19 3.7 帮助界面 26 4 设计小结 27 参考文献 28 1 计算机组成原理算法实现(二) 1 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 2 设计内容与要求 2.1 题目 计算机组成原理算法实现(二) 2.2功能 能够实现定点小数的机器数表示、定点小数的变形补码加减运算、定点小数的原码一 位乘法运算和浮点数的加减运算。 2.3算法原理 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： N=M*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 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，最高位为0是正 数，最高位为1是负数。 2 (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： 结论：任何两数的补码之和等于两数之和的补码 空 补码加法 基本公式： [x]补+[y]补=[x+y]补 空 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结果的正负，任意数的加法就可以化作正数加法来 实现。 必 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“10”,下溢出 符号位“00”或者“11”,未溢出 从[y]补求[一y]补的法则是： 对[y]补“包括符号位求反且最末位加1”,即可得到[-y]补 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 [x]原= xf. xn - 1 … x1x0 乘数 [y]原=yf . yn - 1 … yly0 3 则乘积 [ z ]原= ( x f田y f ) + ( 0 . x n - 1 … x 1 x 0 ) ( 0 . y n - 1 … y l y 0 式中，xf为被乘数符号，yf为乘数符号。 机器算法： 机器中一种方法是多次采用“加法一移位”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