文档介绍：本篇将剖析CPU的内部结构,讲述CPU的功能,包括计算机的运算、指令系统、时序系统、中断系统及控制单元。第六章计算机的运算方法计算机的应用领域极其广泛,但不论其应用在什么地方,信息在机器内部的形式都是一致的,即均为0和1组成的各种编码。本章主要介绍参与运算的各类数据(包括无符号数和有符号数;定点数和浮点数等),以及它们在计算机中的计算方法。第一节无符号数和有符号数在计算机中参与运算的数有两大类:无符号数和有符号数。一、无符号数计算机中的数均放在寄存器中,通常称寄存器的位数为机器字长。所谓无符号数即没有符号的数,在寄存器中的每一位均可用来存放数值。当存放有符号数时,则需留出位置存放“符号”。因此,在机器字长相同时,无符号数与有符号数所对应的数值范围不同的。以机器字长为16位为例,无符号数的表示范围为0~65535,而有符号数的表示范围为-32768~+32767(此数值对应原码表示)。二、有符号数 ,符号的“正”、“负”机器是无法识别的,但由于“正”、“负”恰好是两种截然不同的状态,如果用“0”表示“正”,用“1”表示“负”,这样符号也被数字化了,并且规定将它放在有效数字的前面,这样就组成了有符号数。如有符号数(小数): 把符号“数字化”的数叫做机器数,而把带“十”或“—”符号的数叫做真值。一旦符号数字化后,符号和数值就形成了一种新的编码。在运算过程中,符号位能否和数值部分一起参加运算?如果参加运算,符号位又需作哪些处理?这些问题都与符号位和数值位所构成的编码有关,这些编码就是原码、补码、反码和移码。 ,其符号位为0表示正数,符号位为1表示负数,数值位即真值的绝对值,故原码表示又称作带符号的绝对值表示。上面列举的4个真值所对应的机器数即为原码。为了书写方便以及区别整数和小数,约定整数的符号位与数值位之间用逗号“,”隔开:小数的符号位与数值位之间用小数点“.”隔开。、、0,1100和1,1100。由此可得原码的定义。(1)整数原码的定义为。式中x为真值,n为整数的位数。例如,当x=+1110时,[x]原=0,1110 当x=-1110时,[x]原=24-(-1110)=1,1110 小数原码的定义为例如,当x=+,[x]原= 当x=-,[x]原=1-(-)= 根据定义,已知真值可求原码,反之已知原码也可求真值。如:当[x]原=,由定义得x=1-[x]原=1-=-[x]原=1,1100时,由定义得x=2n-[x]原=24-1,1100=10000-11100=-1100当[x]原=,x= (2)“0”的原码表示法。当x=0时[+]原= [-]原=1-()= 可见[+0]原不等于[-0]原,即原码中的“零”有两种表示形式。(3)原码的表数范围。对于定点整数: 一个n+1位原码能表示的最大正数为01…11,即2n-1;能表示的最小数为绝对值最大的负数111…1,即-(2n-1)。所以原码能表示的数值范围为:-(2n-1)≤x≤2n-1。对于定点小数: 一个n+…11,即1-2-n;…1,即-(1-2-n)。定点小数原码的数值范围为:-(1-2-n)≤x≤1-2-n。原码表示简单明了,并易于和真值转换。但用原码进行加减运算时,却带来了许多麻烦,例如,当两个操作数符号不同且要作加法运算时,先要判断两数绝对值大小,然后将绝对值大的数减去绝对值小的数,结果的符号以绝对值大的数为准。运算步骤既复杂又费时,而且本来是加法运算却要用减法器实现。那么能否在计算机中只设加法器,只作加法操作呢?如果能找到一个与负数等价的正数来代替该负数,就可把减法操作用加法代替。而且机器数采用补码时,就能满足此要求。 (1)补数的概念。在日常生活中,常会遇到“补数”的概念。如时钟指示6点,欲使它指示3点,既可按顺时针方向将分针转9圈,又可按逆时针方向将分针转3圈,结果是一致的。假设顺时针方向转为正,逆时针方向转为负,则有 6-3=3 6+9=15 由于时钟的时针转一圈能指示12个小时,这“12”在时钟里是不被显示而自动丢失的,即15-12=3,故15点和3点均显示3点。这样-3和+9对时钟而言作用是一致的。在数学上称12为模,写作mod12,而称+9是-3以12为模的补数,记作-3≡+9 (mod12) 或者说对12而言,-3和+9是互为补数的。同理有-4≡+8 (m