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计算机组成原理--一章二章

news 2026/2/11 6:15:17

这里写目录标题

  • 第一章：计算机系统概述
    • 计算机的发展
    • 计算机的组成
    • 计算机的性能指标
  • 第二章：数据的表示和运算
    • 2.1
      • 进位十进制
      • BCD码
      • 无符号整数的表示和运算
      • 带符号整数的表示和运算
      • 原反补码的特性对比
      • 移码
      • 定点小数
    • 2.2
      • 奇偶校验码
      • 算数逻辑运算单元（ALU）
        • 介绍
        • 补充：电路
        • 异或门实现奇偶校验
        • 实现加法器

第一章：计算机系统概述

计算机的发展

计算机的组成

计算机的性能指标

第二章：数据的表示和运算

2.1

进位十进制

BCD码

无符号整数的表示和运算

带符号整数的表示和运算

原反补码的特性对比

移码

定点小数

2.2

奇偶校验码

算数逻辑运算单元（ALU）

介绍

输入和输出：在这里插入图片描述
ALU的输入有两个数，每个数都是使用一个机器字长的位数来表示数据的，比如上图中A和B都是4位bit，最终计算得到的结果也是4位

进行运算：
在这里插入图片描述
ALU中会接入CU的控制，其中，M为1时表示逻辑运算，M为0时表示算术运算
而S有四个bit，所以可以表示2的四次方种功能，所以，可以控制实现算术运算和逻辑运算各16种运算

补充：电路

基本逻辑运算：
在这里插入图片描述
基本的逻辑运算，与、或、非，其中，与、非的电路如上图所示，而非门的图就是在输出端加一个空心圆圈

对于基本的逻辑运算，我们有优先级：非>与>或
且有运算律，通过运算律我们可以改造电路，使得电路设计更简单，也就更省钱

复合逻辑电路：
在这里插入图片描述
这里的德摩根律非常实用，可以借助此定律利用与或非来实现异或电路，（ps：注意上图中的图，A、B线有交叉，注意不要看岔）
上图圈起来的是各个逻辑对应的电路图标
在这里插入图片描述
同或：对异或取反

异或门实现奇偶校验

在这里插入图片描述
首先对于奇偶校验来说，当所有位的1的个数为奇数个的话，结果为1，当有偶数个，结果为0

这正好符合异或的特性，从定义来说，相同的异或出来的结果是0，不同的是1，所以计算下去，结果与奇偶校验的结果一样
同时，我们也可以利用异或的一个技巧，即消消乐，最后剩下什么，结果就是什么，如上图最后剩下0，结果就是0

实现加法器

一位加法：
在这里插入图片描述
A、B是两个加数，i表示当前计算的是从右向左第几位
Ci-1，表示来自i-1的进位，也表示当前 i 所需要加上的进位；而Ci，表示的则是当前第 i 位向更高一位的进位是0还是1

上图中需要ps的是：关于Ci的计算，有两种情况，这两种情况是或的关系，其中一个是AB都为1，另一个是AB至少一个1，且C也是1

图像化类比：
在这里插入图片描述

串行加法器：
在这里插入图片描述
多了一个进位触发器，用于保存上一次计算而来的Ci，用于参与下一位的计算中

串行进位的并行加法器：
在这里插入图片描述
并行加法器，就是同时有多个串行加法器，将输入与输出拼接起来，就可以同时输入多个A、B的位进行运算了

但是！由于左边的加法器仍然依赖于右边对于Ci-1的输入，所以，他还是依赖于串行计算，因此叫做串行进位的并行加法器
从右下角的逻辑表达式也可以看出：每一步的计算都依赖于上一步的C的产出

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