计算机组成原理：第二章 运算方法和运算器.ppt

计算机组成原理是理解计算机系统内部工作原理的关键领域，其中运算方法和运算器是核心组成部分。在第二章中，我们深入探讨了数据与文字的表示、定点运算以及浮点运算。 数据与文字的表示是计算机处理信息的基础。数据分为符号数据和数值数据，前者包括ASCII码、汉字和图形等非数值信息，后者则涉及数字的表示方式，分为定点数和浮点数。在计算机中，数据的表示需要利于存储、处理和传送，因此通常会采用编码技术，用少量基本符号表示大量信息，并考虑到处理速度和便利性。例如，ASCII码用7位二进制表示128个不同的字符，而汉字的表示则可能更复杂，如GB2312或UTF-8编码。 在数值数据的表示中，计算机常用的数据格式有定点表示和浮点表示。定点表示法分为定点纯小数和定点纯整数，其特点是小数点位置固定。定点纯小数的范围是从0到小于1的任何数，而定点纯整数的范围是从0到2的n次幂减1。定点数表示的精度和范围受到字长的限制，对于需要更大范围和更高精度的数值计算，浮点表示则显得更为灵活。 浮点表示法的特征是小数点的位置可以随着阶码的不同而变化。其格式通常包括阶符、阶码和尾数，其中尾数通常使用原码表示，指数则使用移码，便于对阶和比较。IEEE754标准定义了浮点数的表示格式和运算规则，包括单精度（32位）和双精度（64位）两种格式。在32位浮点数中，1位用于表示符号，23位用于表示尾数（采用纯小数形式），8位用于表示阶码（使用移码）。在64位浮点数中，结构类似，但有额外的位数来提供更高的精度和更大的表示范围。 定点运算主要包括加法、减法、乘法和除法。定点加法和减法通过考虑符号位来进行，而乘法和除法则涉及到位移和循环操作。定点运算器的组成包括算术逻辑单元（ALU）和其他必要的控制逻辑，它们共同执行这些运算。 浮点运算则更为复杂，涉及到对阶、尾数相乘、规格化、舍入和溢出处理等步骤。浮点运算器的设计目的是高效执行浮点计算，通常包含独立的部件来处理指数和尾数。 理解和掌握这些概念是深入理解计算机内部运作的关键，这对于编程、系统设计和硬件工程等领域都至关重要。