《計(jì)算機(jī)組成原理》課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)</b></p><p>　　《計(jì)算機(jī)組成原理》算法實(shí)現(xiàn)（五）</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 課程設(shè)計(jì)目的2</p><p>　　2 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求2</p><p>　　2.1課程

2、設(shè)計(jì)的內(nèi)容2</p><p>　　2.2 課程設(shè)計(jì)的要求2</p><p><b>　　3 實(shí)現(xiàn)方法2</b></p><p>　　3.1 系統(tǒng)目標(biāo)2</p><p>　　3.2 主體設(shè)計(jì)4</p><p>　　3.2.1 主窗體的設(shè)計(jì)4</p><p>　　3

3、.2.2 定點(diǎn)整數(shù)真值還原窗體的設(shè)計(jì)6</p><p>　　3.2.3 定點(diǎn)整數(shù)單符號(hào)位補(bǔ)碼加減法8</p><p>　　3.2.4 定點(diǎn)整數(shù)的原碼乘法10</p><p>　　3.2.5 浮點(diǎn)數(shù)的加減運(yùn)算12</p><p><b>　　4 設(shè)計(jì)小結(jié)13</b></p><p><

4、;b>　　參考文獻(xiàn)13</b></p><p><b>　　1 課程設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　　本課程設(shè)計(jì)是在學(xué)完本課程教學(xué)大綱規(guī)定的全部?jī)?nèi)容、完成所有實(shí)踐環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)上，旨在深化學(xué)生學(xué)習(xí)的計(jì)算機(jī)組成原理課程基本知識(shí)，進(jìn)一步領(lǐng)會(huì)計(jì)算機(jī)組成原理的一些算法，并進(jìn)行具體實(shí)現(xiàn)，提高分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的綜合應(yīng)用能力。</p><p

5、>　　2 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求</p><p>　　2.1課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容</p><p>　　計(jì)算機(jī)組成原理算法實(shí)現(xiàn)（五）</p><p>　　2.2 課程設(shè)計(jì)的要求</p><p>　　能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)器數(shù)的真值還原（定點(diǎn)整數(shù)）、定點(diǎn)整數(shù)的單符號(hào)位補(bǔ)碼加減運(yùn)算、定點(diǎn)整數(shù)的原碼乘法運(yùn)算和浮點(diǎn)數(shù)的加減運(yùn)算。</p><p>

6、;<b>　　3 實(shí)現(xiàn)方法</b></p><p><b>　　3.1 系統(tǒng)目標(biāo)</b></p><p>　　本程序含有以下幾個(gè)功能模塊，分別能夠?qū)崿F(xiàn)如設(shè)計(jì)內(nèi)容所設(shè)計(jì)的功能。共有5個(gè)類，各類之間的關(guān)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(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.2.1 主窗體的設(shè)計(jì)</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(cuò)誤需給出重新輸入口令的提示，三次口令輸入錯(cuò)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(diǎn)整數(shù)真值還原窗體的設(shè)計(jì)</p><p>　　選擇主窗體中“機(jī)器數(shù)的真值還原（定點(diǎn)整數(shù)）”時(shí)進(jìn)入下圖所示的窗體。在上面的窗體中按“輸入”按扭時(shí)，將輸入焦點(diǎn)設(shè)置為最上面的一個(gè)文本框上。輸入一個(gè)機(jī)器數(shù)（如10001000）后，按“原->真值”、“反->真值”、“補(bǔ)->真值”或“移->真值”按扭中的任一個(gè)后，將在第二文本框中顯示對(duì)應(yīng)操作的結(jié)果。選擇“返回”按扭時(shí)將關(guān)閉此窗體。</p

9、><p>　　算法的原理：計(jì)算機(jī)中常用的數(shù)據(jù)表示格式有兩種，一是定點(diǎn)格式，二是浮點(diǎn)格式。</p><p>　　a）定點(diǎn)表示：約定機(jī)器中所有數(shù)據(jù)的小數(shù)點(diǎn)位置是固定的。由于約定在固定的位置，所以小數(shù)點(diǎn)就不再使用記號(hào)“.”來(lái)表示。 </p><p>　　b）浮點(diǎn)表示：定點(diǎn)數(shù)表示的數(shù)的范圍有限，為了擴(kuò)展數(shù)的表示范圍，按照科學(xué)記數(shù)法表示數(shù)據(jù)的方式，任何一個(gè)二進(jìn)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(gè)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(gè)整數(shù)，決定數(shù)據(jù)的表示范圍</p><p>　　一般書(shū)寫(xiě)所表示的數(shù)據(jù)稱為真值，在計(jì)算機(jī)中為了表示符號(hào)位，通常把符號(hào)位和數(shù)字位一起編碼來(lái)表示相應(yīng)的數(shù)

11、，形成了各種數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和表示方法，這些編碼稱為機(jī)器碼。常用的機(jī)器碼有原碼、反碼、補(bǔ)碼和移碼。</p><p>　　a）原碼：原碼的數(shù)值部分是該數(shù)的絕對(duì)值，最高位表示符號(hào)位，最高位為0是正數(shù)，最高位為1是負(fù)數(shù)。</p><p>　　b ）反碼：正數(shù)的反碼等于原碼，負(fù)數(shù)的反碼等于除符號(hào)位外其余二進(jìn)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(fù)數(shù)： 符號(hào)位不變，其余變反</p><p>　　c）補(bǔ)碼：正數(shù)的補(bǔ)碼等于原碼，負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼等于反碼加1。</p><p>　　正數(shù)： [x]補(bǔ)= [x]原 </p><p>　　負(fù)數(shù)： [x]補(bǔ)= [x]反 +1</p><p&g

13、t;　　d）移碼：是符號(hào)位取反的補(bǔ)碼，一般用做浮點(diǎn)數(shù)的階碼，引入的目的是為了保證浮點(diǎn)數(shù)的機(jī)器碼為全0。 </p><p><b>　　真值還原流程圖：</b></p><p>　　3.2.3 定點(diǎn)整數(shù)單符號(hào)位補(bǔ)碼加減法</p><p>　　進(jìn)行定點(diǎn)整數(shù)單符號(hào)位補(bǔ)碼加減法的實(shí)現(xiàn)時(shí)都是在主窗體選擇對(duì)應(yīng)的菜單項(xiàng)后進(jìn)入對(duì)應(yīng)窗體再進(jìn)行具體操作。操作時(shí)首先

14、選擇“輸入”按扭輸入?yún)⑴c運(yùn)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(bǔ)碼只和等于兩數(shù)只和的補(bǔ)碼</p><p>　　補(bǔ)碼加法 [x]補(bǔ) + [y]補(bǔ) = [x+y]補(bǔ) </p><p>　　補(bǔ)碼減法 [x]補(bǔ) - [y]補(bǔ)＝[x]補(bǔ) + [-y]

15、補(bǔ)</p><p>　　當(dāng)負(fù)數(shù)用補(bǔ)碼表示后，符號(hào)位作為數(shù)據(jù)的一部分一起參加運(yùn)算，運(yùn)算器不用考慮參加加法運(yùn)算的操作數(shù)的正負(fù)以及結(jié)果的正負(fù)，任意數(shù)的加法就可以化作正數(shù)加法來(lái)作。</p><p>　　溢出：在定點(diǎn)數(shù)機(jī)器中,數(shù)的大小超出了定點(diǎn)數(shù)能表示的范圍，叫溢出。</p><p>　　a）在定點(diǎn)小數(shù)機(jī)中數(shù)的表示范圍是-1<x<1，如果運(yùn)算過(guò)程中出現(xiàn)了大于1或者

16、小于－1的情況。</p><p>　　b）在定點(diǎn)整數(shù)機(jī)（8位）中數(shù)的表示范圍是-128<x<127，如果運(yùn)算過(guò)程中出現(xiàn)了大于127或者小于－128的情況。雙符號(hào)位法：將符號(hào)位擴(kuò)展為2位，具體說(shuō)就是對(duì)于正數(shù)兩個(gè)符號(hào)位是“00”，對(duì)于負(fù)數(shù)兩個(gè)符號(hào)位是“11”。兩個(gè)符號(hào)位都看作數(shù)碼一樣參加運(yùn)算。兩個(gè)數(shù)相加后，其結(jié)果的符號(hào)位出現(xiàn)“01”或“10”兩種組合時(shí),表示發(fā)生溢出。</p><p&g

17、t;　?、俜?hào)位“01”，上溢出</p><p>　?、诜?hào)位“10”，下溢出</p><p>　?、鄯?hào)位“00”或者“11”，未溢出從[ｙ]補(bǔ)求[－ｙ]補(bǔ)的法則是：對(duì)[ｙ]補(bǔ)“包括符號(hào)位求反且最末位加1”,即可得到[－ｙ]補(bǔ)</p><p>　　定點(diǎn)整數(shù)單符號(hào)位補(bǔ)碼加減法運(yùn)算的流程圖：</p><p>　　3.2.4 定點(diǎn)整數(shù)的原碼乘法&

18、lt;/p><p>　　進(jìn)行定點(diǎn)整數(shù)原碼乘法的實(shí)現(xiàn)時(shí)都是在主窗體選擇對(duì)應(yīng)的菜單項(xiàng)后進(jìn)入對(duì)應(yīng)窗體再進(jìn)行具體操作。操作時(shí)首先選擇“輸入”按扭輸入?yún)⑴c運(yùn)算的數(shù)據(jù)，然后再選操作按扭。</p><p>　　算法的原理：在定點(diǎn)計(jì)算機(jī)中,兩個(gè)原碼表示的數(shù)相乘的運(yùn)算規(guī)則是:乘積的符號(hào)位由兩數(shù)的符號(hào)位按異或運(yùn)算得到,而乘積的數(shù)值部分則是兩個(gè)正數(shù)相乘之積。設(shè)n位被乘數(shù)和乘數(shù)用定點(diǎn)小數(shù)表示(定點(diǎn)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(hào),ｙf為乘數(shù)符號(hào)。 機(jī)器算法： 機(jī)器中一種方法是多次采用”加法－移位“的方法來(lái)完成，稱為串

20、行乘法器，它的硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(wú)符號(hào)數(shù)m乘以n會(huì)產(chǎn)生m*n個(gè)位積，出現(xiàn)m+n個(gè)列和，并行乘法器的關(guān)鍵是快速產(chǎn)生m*n個(gè)位積，對(duì)位積進(jìn)行相加運(yùn)算產(chǎn)生m+n個(gè)列和。</p><p>　　第一步：位積的產(chǎn)生觀察乘法運(yùn)算0*0＝0，0*1＝0，1*0＝0，1*1＝1 相當(dāng)于：a∩b 。所以m*n個(gè)位積可以由m*n個(gè)與門(mén)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(diǎn)整數(shù)的原碼乘法算法的流程圖： </p><p>　　3.2.5 浮點(diǎn)數(shù)的加減運(yùn)算</p><p>　　進(jìn)行定點(diǎn)整數(shù)單符號(hào)位補(bǔ)碼加減法、定點(diǎn)整數(shù)原碼乘法、浮點(diǎn)加減法的實(shí)現(xiàn)時(shí)都是在主窗體選擇對(duì)應(yīng)的菜單項(xiàng)后進(jìn)入對(duì)應(yīng)窗體再進(jìn)行具體操作。操作時(shí)首先選擇“輸入”按扭輸入?yún)⑴c運(yùn)算的數(shù)據(jù)，然后再選操作按扭。</p><p>　　算法的原

22、理：浮點(diǎn)數(shù)的加減法運(yùn)算分為六個(gè)步驟：</p><p><b>　　a）0操作數(shù)檢查</b></p><p>　　浮點(diǎn)加減運(yùn)算過(guò)程比定點(diǎn)運(yùn)算過(guò)程復(fù)雜。如果判知兩個(gè)操作數(shù)ｘ或ｙ中有一個(gè)數(shù)為0,即可得知運(yùn)算結(jié)果而沒(méi)有必要再進(jìn)行后續(xù)的一系列操作以節(jié)省運(yùn)算時(shí)間。0操作數(shù)檢查步驟則用來(lái)完成這一功能。參加加法運(yùn)算的數(shù)據(jù)都是非零，進(jìn)入下一步。b）比較價(jià)碼大小并完成對(duì)階</p&g

23、t;<p>　　為了便于直觀理解,假設(shè)兩數(shù)均以補(bǔ)碼表示,階碼采用雙符號(hào)位,尾數(shù)采用單符號(hào)位。 兩浮點(diǎn)數(shù)進(jìn)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(diǎn)位置沒(méi)有對(duì)齊，此時(shí)必須使二數(shù)階碼相同，這個(gè)過(guò)程叫作對(duì)階。對(duì)階操作規(guī)定使尾數(shù)右移，尾數(shù)右移后階碼作相應(yīng)增加，因此對(duì)階時(shí),總是使小階向大階看齊。</p><p>　　c）尾數(shù)進(jìn)行加減運(yùn)算</p><p>　　對(duì)階結(jié)束

24、后，即可進(jìn)行尾數(shù)的求和運(yùn)算。不論加法運(yùn)算還是減法運(yùn)算，都按加法進(jìn)行操作(減法利用補(bǔ)碼減法轉(zhuǎn)換成補(bǔ)碼的加法來(lái)做)，其方法與定點(diǎn)加減法運(yùn)算完全一樣。</p><p><b>　　d）結(jié)果規(guī)格化</b></p><p>　?、?采用雙符號(hào)位表示尾數(shù)時(shí)，如果兩符號(hào)位為01或10時(shí)，應(yīng)將結(jié)果尾數(shù)右移一位，階碼加1（叫“右規(guī)”）。</p><p>　　②

25、如果尾數(shù)最高數(shù)值位與符號(hào)位相同，應(yīng)將尾數(shù)左移，階碼減１，直至數(shù)值位最高位與符號(hào)位相反（叫“左規(guī)”）。</p><p><b>　　e）舍入運(yùn)算</b></p><p>　　在對(duì)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(huì)被丟掉，從而造成一定誤差，要進(jìn)行舍入處理。</p><p>　　簡(jiǎn)單的舍入方法有兩種：一種是“0舍1入”法，即如果

26、右移時(shí)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(yùn)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(jié)果是否溢出</p><p>　　階碼為00 011，階碼的符號(hào)位為00，根據(jù)補(bǔ)碼的雙符號(hào)檢測(cè)溢出的方法確定階碼不溢出。</p><p><b>　　4 設(shè)計(jì)小結(jié)</b></p&g

27、t;<p>　　通過(guò)這一周的課程設(shè)計(jì)讓我更加的了解的計(jì)算機(jī)組成原理的魅力。同時(shí)知道組成原理這門(mén)課程不單單只是簡(jiǎn)單的書(shū)本上的知識(shí)，有更多的實(shí)踐知識(shí)。這是實(shí)驗(yàn)我是用的C#語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)的，過(guò)程當(dāng)中碰到了很多問(wèn)題，翻閱了一些書(shū)籍，同學(xué)之間相互討論，問(wèn)題最終得到了解決。這次的課程設(shè)計(jì)也很好的將實(shí)踐和書(shū)本上學(xué)到的東西結(jié)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>