《計算機組成原理》課程設計報告.doc

計算機組成原理課程設計報告專業(yè)計算機科學與技術學生姓名秦霞班級B計073學號0710604317指導教師張靜林完成日期2010年9月鹽城工學院信息學院目 錄一、課程設計的目的2二、課程設計的內(nèi)容21題目：22功能：23實現(xiàn)步驟：2三、主要技術指標及特點2四、設計小結(jié)2五、參考文獻2一、課程設計的目的本課程設計是在學完本課程教學大綱規(guī)定的全部內(nèi)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。二、課程設計的內(nèi)容1題目：計算機組成原理算法實現(xiàn)（三）2功能：課題能夠?qū)崿F(xiàn)邏輯運算（邏輯非、邏輯加、邏輯乘、邏輯異）、定點整數(shù)的單符號位補碼加減運算、定點整數(shù)的原碼一位乘法運算和浮點數(shù)的加減運算。3實現(xiàn)步驟：（1）系統(tǒng)進入（主）窗體的設計：菜單需要在輸入口令正確后方可激活使用?？诹钶斎脲e誤時要給出重新輸入口令的提示，三次口令輸入錯誤應該禁止使用。（2）選擇主窗體中“邏輯運算”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。依次輸入兩個（或一個）二進制數(shù)（如11001100或00111010）后，按“邏輯非”、“邏輯加”、“邏輯乘”或“邏輯異”按扭中的任一個后，將在第三個文本框中顯示對應操作的結(jié)果。選擇“返回”按扭時回到主窗體。（3）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。各自窗體的參考圖如下所示：在第一個數(shù)中輸入+11001100在第二個數(shù)中輸入-01011100點擊加法按鈕和減法按鈕可得加法結(jié)果和減法結(jié)果進行定點整數(shù)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。各自窗體的參考圖如下所示：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。各自窗體的參考圖如下所示：如需幫助，可按幫助按鈕，得到以下窗口：三、主要技術指標及特點數(shù)據(jù)表示方法： 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。（1)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。 （2）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都可以表示成如下的格式：NM*2eM ：尾數(shù)，是一個純小數(shù)，決定數(shù)據(jù)的表示精度 e ：指數(shù)，又稱為階碼，是一個整數(shù)，決定數(shù)據(jù)的表示范圍數(shù)的機器碼表示： 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)，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。（1）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)。（2）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。 正數(shù)： x反 = x原 = x 負數(shù)： 符號位不變，其余變反（3）補碼：正數(shù)的補碼等于原碼，負數(shù)的補碼等于反碼加1。 正數(shù)： x補= x原 負數(shù)： x補= x反 +1定點加、減法運算：結(jié)論：任何兩數(shù)的補碼只和等于兩數(shù)只和的補碼v 補碼加法 基本公式： x補 + y補 = x+y補 v 補碼減法 基本公式： x補 - y補x補 + -y補 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(jié)果的正負，任意數(shù)的加法就可以化作正數(shù)加法來作。v 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。（1）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或者小于1的情況。（2）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(jié)果的符號位出現(xiàn)“01”或“10”兩種組合時,表示發(fā)生溢出。 符號位“01”，上溢出 符號位“10”，下溢出 符號位“00”或者“11”，未溢出 從補求補的法則是： 對補“包括符號位求反且最末位加1”,即可得到補定點乘法運算 ：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)被乘數(shù) 原f .n110 乘數(shù) 原f .n110 則乘積 原(ff)(0.n110)(0.n110) 式中,f為被乘數(shù)符號,f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，稱為串行乘法器，它的硬件結(jié)構(gòu)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。第一步：位積的產(chǎn)生觀察乘法運算：0*00，0*10，1*00，1*11 相當于：ab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：利用全加器浮點數(shù)的加減法運算： 浮點數(shù)的加減法運算分為六個步驟：（1）0操作數(shù)檢查 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)或中有一個數(shù)為0,即可得知運算結(jié)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。（2）比較價碼大小并完成對階 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。（3）尾數(shù)進行加減運算 對階結(jié)束后，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(zhuǎn)換成補碼的加法來做)，其方法與定點加減法運算完全一樣。 （4）結(jié)果規(guī)格化 a. 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(jié)果尾數(shù)右移一位，階碼加1（叫“右規(guī)”）。 b. 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，直至數(shù)值位最高位與符號位相反（叫“左規(guī)”）。（5）舍入運算 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。簡單的舍入方法有兩種：一種是“0舍1入”法，即如果右移時被丟掉數(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。（6）判斷結(jié)果是否溢出 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。登陸窗口流程圖邏輯運算流程圖定點整數(shù)單符號位補碼加減法流程圖定點整數(shù)的原碼乘法窗體流程圖四、設計小結(jié)通過為期一周的計算機組成原理課程設計，我真的很珍惜這次機會，這可能是我們大學生涯的最后一次了，現(xiàn)在的我們面臨就業(yè)的危機，這一次的練習可以算是我們步入社會的一次練筆，也希望好好利用這次機會。通過一周的課程設計對計算機組成原理中的知識有了全新的認識。以前只是一味的學習課本只是，基本上都沒有什么時間，好好的鍛煉一下學過的知識點，沒有將知識充分的利用到實踐生活中，而這次課程設計充分的給了我這個機會，所以我一定會好好利用這次機會，充分的鍛煉自己，為以后步入工作打下堅實的基礎。本次課程設計我使用的是NetBeans用JAVA語言編寫,通過對這些工具的使用，我深深體會到計算機組成原理并不只是書本上的一些知識，上機實踐對于這門科目來說真的很重要。平常簡簡單單的一個運算，也許自己通過加加減減就能得出結(jié)果，通過實踐發(fā)現(xiàn)其中集合了很多我們平時忽略的知識，讓我再一次好好的復習了一下書本知識點，對于自己不會的知識點，我也充分的利用了網(wǎng)絡的方便快捷，也為這次課程設計節(jié)省下了許多寶貴的時間。所以，通過這次實踐，把書中很多知識鞏固了下，加深印象！，通過這次課程設計，我確實收益頗多！總之，這次課程設計使我在動手能力上有了很大的提高，也許這是畢業(yè)設計之前最好的一次鍛煉動手能力的機會，也可能是最后一次。我認為這次課程設計是畢業(yè)設計的前奏，不過我想我已經(jīng)成功的抓住了這次機會并很好的把握住了這個前奏。通過這次設計，我也了解到了集體的力量，大家一起討論的情景，讓我很是感動。體會到了大家一起學習的熱情，還有謝謝老師的耐心指導。在以后的學習過程中，要相互學習，努力上進，爭取得到更大的進步。當然以后也要好好抓住這種可以好好鍛煉的機會，好好磨練自己，從實踐中得到知識，升華自己！五、參考文獻1 王愛英.計算機組成原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu). 北京：清華大學出版社，20012 啟東計算機公司.CCT-IV計算機組成原理，3 白中英，計算機組成原理，科學技術出版社蔣本珊，計算機組成原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，北京航空航天大學出版社