东南大学计算机结构与逻辑设计课件ppt-1.ppt

1 计算机结构与逻辑设计 东南大学信息科学与工程学院 2007年9月 黄清研究员 Email huangqing Phone 83792066 2 目的与任务 本课程是信息工程类专业的一门重要的技术基础课 其学习目标是掌握计算机的基本原理和数字逻辑设计的基本技术 为学习计算机类的其他课程和通信 电子 控制 信号处理直至电力电子等专业课程奠定必要基础 同时培养用计算机组成的基本思路去考虑系统设计问题的能力 运用数字技术的基本原理分析数字电路的能力 用CPLD方法设计数字模块及运用数字模块构成数字系统的能力 0绪论 3 教学重点 1 掌握逻辑电路 时序电路的分析和设计方法 2 理解逻辑运算电路的硬件结构 3 应用中小规模集成电路设计数字系统 4 相关课程 1 数学 布尔代数 集合论2 电路 电子线路基础 门电路基础3 VHDL语言 Top down设计方法 4 微机原理与接口技术5 计算机组织结构与性能 英文 5 0 1计算机发展复杂指令系统 8080 8086 80486 Pentium变指令格式 TMS32010 TMS320C3X TMS320C6X简易指令系统 RISC i860 PowerPC固定指令格式 0 2 1数字信号 0 1用二进制表示 布尔代数描述 0 2数字信号与数字电路 0 2 2数字电路的优点 1 数字信息存贮方便 可以通过打印或制成 光 盘长期保存 2 便于用数字计算机控制或处理 3 集成化程度高 6 0 3计算机的基本结构 输入设备 输出设备 存储器 运算器 控制器 图0 2计算机的基本结构 7 总线结构 计算机各部分之间是依靠总线相联系的 总线是一组用来传输数据和信息的连线 I O设备 I O设备 存储器 CPU 存储器 CPU I O设备 I O设备 以内存为中心的双总线结构 单总线结构 8 0 4计算机的运行 虚拟机器M4 使用高级语言 虚拟机器M3 使用汇编语言或其它中间语言 虚拟机器M2 使用操作系统 实际机器M1 使用机器语言 执行由硬件或微程序执行机器语言 解释由机器语言解释操作系统语言 编译2经编译程序翻译成机器语言程序或操作系统语言 编译1经编译程序翻译成汇编语言程序或其它中间语言程序 9 计算机的运行过程可概括为 通过输入设备将使用者提供的数据和程序存入存储器 按程序的安排将数据从存储器中取出 送到运算器中处理 然后再送入存储器 将处理的结果从存储器中取出 通过输出设备报告使用者或完成某项控制任务 输入设备 输出设备 存储器 运算器 控制器 10 0 5计算机与数字系统 1 计算机的活动是控制器按照存放在存储器中的程序 一条指令一条指令地按序执行 2 每条指令包含若干操作 这些操作的基本内容是将数据从一个寄存器 经过处理 向另一个寄存器传送 而每一个操作都是在控制器的命令下完成的 计算机与数字系统对比纯硬件构成的数字系统 只完成特定功能 耗材多 速度高数字计算机 处理能力强 速度低 11 1 1计算机中的数制 权的概念1 2计算机中的数的表示方法与格式 1计算机中的数制和码制 12 1 1计算机中的数制 权的概念 1 1 1十进制 1 1 2R进制 基数di 0 1 9 基数ri 0 1 R 1 13 1 1 3二进制 1 1 4二进制的优点 电路实现方便 2 需要的设备量少 3 运算规则简单 1 1 5数制间的转换 14 1 1 5 1二进制转换成十进制 二进制数 01011010 11b 90 75d 15 1 1 5 2十进制转换成二进制 十进制数 26d 11010b 商0 1 3 6 13 26 2 余数11010 二进制数 H L 16 1 1 6八进制与十六进制 缩短书写长度 17 4位二进制码 循环码 18 1 2 1码的概念 二进制码与循环码 1 2计算机中的数的表示方法与格式 1 2 2实数在计算机中的表示 原码表示法 分符号位S和尾数m 0表示为正 1表示为负 S m 1 2 2 1实数的补码表示法 同余 某个模 Mode 为M的系统中 一个数与其模的整数倍相加或相减时 其值不变 即A A n M modM Mod x y x y floor x y 1 补数的概念 如果A和A 两个数之和等于某个固定的数M 称为模 则称数A 是数A的关于模M的补数 或简称M的补数 即A M A 反之 数A也是数A 的关于模M的补数 A M A A B A B M modM 同余的性质 A M B A B 利用补数可将加法和减法统一起来 19 2 二进制的真补码 R补码 补码 对于n位二进制码系统 实数m 不考虑符号位 用系统的模为2n 1 补码为 10000000 00001101 01110011 取n 1位 将符号位添加上得1111 0011 若符号位与尾数一起计算 系统模为2n 同样符号位不变 如 13d 1000 1101b 考虑符号位 得 100000000 10001101 001110011 取n 1位 将符号位加上得1111 0011 在2的补码系统中完成二进制数 72d与 13d的加法运 72d的补码为01001000 13d的2的补码是11110011 将两数相加 结果仍然是一个补码 对应数为 59d 01001000 11110011 100111011 舍去 符号位不变 如 13d 1000 1101b 20 1 2 2 2二进制的基数减1补码 R 1补码 反码 1的补码的格式与2的补码相同 只是其模为2n 1 对于8位二进制数而言 其模为11111111 其余处理与2补码相同 但是用1的补码求得的运算结果还要再加上1 求2的补码方法 先求其1的补码 即将尾数各位变反 然后再加1 而不再通过减法运算实现 1 2 3定点数与浮点数 1 2 3 1定点 Fixed Point 数 S I 小数点默认位置 V 1 s I 以上格式只能表示整数 S F 小数点默认位置 V 1 s 0 F 以上格式只能表示小数 21 1 2 3 2浮点 Floating Point 数 SC C S I 小数点默认位置 其中 S是此实数的符号 I是尾数 C则称为阶码 SC是阶码的符号 V 1 s I 2 1 C SC SC C S F 小数点默认位置 V 1 s 0 F 2 1 C SC 格式1 格式2 22 1 2 3 3两种特殊的浮点数格式 1 IBM浮点数格式 1 32位字长 S C F 位号 0 1 7 8 31 S C F 位号 0 1 7 8 63 2 64位字长 V 1 s 0 F 16C 64 2 IEEE浮点数格式 1 32位字长 S E F 位号 0 1 9 8 31 S E