2022计算机考研：组成原理

浮点数的表示与运算

两浮点数进行加法和减法的运算规则即操作过程大体分为四步：

1.0操作数的检查

判断两个操作数x或y中有一个数为0，则直接得出结果

2.比较阶码大小并完成对阶

判断两个操作数的阶码是否相同，如果相同则直接进行尾数的加减法运算。如果不同则需要使两个操作数的阶码相同即对阶，首先求出两个数的阶差，由于尾数左移会引起最高有效位的丢失，造成很大的误差，尾数右移虽引起最低有效位的丢失，但造成的误差较小，因此对阶操作规定使尾数右移，尾数右移后阶码作相应增加，其数值保持不变。显然，一个增加后的阶码与另一个阶码相等，增加的阶码一定是小阶。

因此对阶的原则是小阶向大阶看齐，即小阶的位数向右移位（相当于小数点左移）每右移一位，其阶码加1，直到两数的阶码相等为止，右移得位数等于阶差。

3.尾数进行加或减法运算

4.结果规格化并进行舍入处理

规格化：

1/2 =< |M| < 1

(M是小数，所谓M>=1/2 即：|M|>=0.1，因为是按二进制处理，1/2即右移一位即0.1)

但在浮点运算中，尾数求和结果的绝对值大于1（即溢出符号位为01或10），叫做向左破坏了规格化；此时将尾数运算结果右移以实现规格化表示，称为向右规格化；尾数右移一位，阶码加1；以保证浮点数大小不变；

运算结果的绝对值小于1/2，叫做向右破坏规格化，此时将尾数结果左移实现规格化表示，称为向左规格化；尾数左移一位，阶码减1，以保证浮点数大小不变；

（1）尾数用原码表示，[S]原=Sf.S1S2....Sn，如果尾数未发生溢出，但S1=0，则向右规格化，即S1必须等于1，否则需要进行规格化处理

（2）尾数用补码来表示，[S]补=Sf.S1S2....Sn，如果尾数未发生溢出，但Sf 异或 S1=0，即Sf和S1相同，则向右破坏规格化

浮点数的溢出是以阶码溢出表现出来的（因为如果是尾数溢出可以通过相应的右移处理，所以尾数溢出称为假溢出）。在加减法运算过程中要检查是否产生了溢出；若阶码正常加（减）运算正常结束；若阶码溢出，则要进行相应处理。

主存储器与CPU的连接

1、若CPU的寻址空间等于存储器芯片的寻址空间，可直接将高低位地址线相连即可，这种方式下，可用单条读写指令直接寻址，寻址地址与指令中的地址完全吻合。

2、若CPU的寻址空间大于存储器芯片的寻址空间，可直接将高低位地址线相连即可，CPU剩余部分高位地址线，这种方式下，可用单条读写指令直接寻址，未连接的地址线在指令中可以以0或1出现，即有多个地址对应每个存储器空间，可在指令中将这些位默认为零。

3、若CPU的寻址空间小于存储器芯片的寻址空间，可将其它IO口连接剩余存储器高位地址线，寻址前，需设置好这些IO口。

4、当存在多片存储器，且希望节省CPU的IO口时，需要外加译码电路。比如说，存储器地址线为13根，共8片存储器，可用74LS138连接CPU的高3位地址线，74LS38的8位输出分别连接8片存储器，读写时，寻址地址与指令中的地址完全吻合。

5、上一种情况中，若希望简化外围电路，也可用其余端口的8个IO分别连接8片存储的片选，其寻址方式与第三种情况类似。

RISC和CISC的基本概念

CISC的英文全称为“Complex Instruction Set Computer”，即“复杂指令系统计算机”，从计算机诞生以来，人们一直沿用CISC指令集方式。早期的桌面软件是按CISC设计的，并一直沿续到现在。目前，桌面计算机流行的x86体系结构即使用CISC。微处理器(CPU)厂商一直在走CISC的发展道路，包括Intel、AMD，还有其他一些现在已经更名的厂商，如TI(德州仪器)、IBM以及VIA(威盛)等。在CISC微处理器中，程序的各条指令是按顺序串行执行的，每条指令中的各个操作也是按顺序串行执行的。顺序执行的优点是控制简单，但计算机各部分的利用率不高，执行速度慢。CISC架构的服务器主要以IA-32架构(Intel Architecture，英特尔架构)为主，而且多数为中低档服务器所采用。

RISC的英文全称为“Reduced Instruction Set Computer”，即“精简指令集计算机”，是一种执行较少类型计算机指令的微处理器，起源于80年代的MIPS主机(即RISC机)，RISC机中采用的微处理器统称RISC处理器。这样一来，它能够以更快的速度执行操作(每秒执行更多百万条指令，即MIPS)。因为计算机执行每个指令类型都需要额外的晶体管和电路元件，计算机指令集越大就会使微处理器更复杂，执行操作也会更慢。

特点区别各方面如下：

1、指令系统

CISC

计算机的指令系统比较丰富，有专用指令来完成特定的功能。因此，处理特殊任务效率较高。

RISC

设计者把主要精力放在那些经常使用的指令上，尽量使它们具有简单高效的特色。对不常用的功能，常通过组合指令来完成。因此，在RISC 机器上实现特殊功能时，效率可能较低。但可以利用流水技术和超标量技术加以改进和弥补。

2、存储器操作

CISC

机器的存储器操作指令多，操作直接。

RISC

对存储器操作有限制，使控制简单化。

3、程序

CISC

汇编语言程序编程相对简单，科学计算及复杂操作的程序社设计相对容易，效率较高。

RISC

汇编语言程序一般需要较大的内存空间，实现特殊功能时程序复杂，不易设计。

4、中断

CISC

机器是在一条指令执行结束后响应中断。

RISC

机器在一条指令执行的适当地方可以响应中断。

5、CPU

CISC

CPU包含有丰富的电路单元，因而功能强、面积大、功耗大。

RISC

CPU包含有较少的单元电路，因而面积小、功耗低。

6、设计周期

CISC

微处理器结构复杂，设计周期长。

RISC

微处理器结构简单，布局紧凑，设计周期短，且易于采用最新技术。

7、用户使用

CISC

微处理器结构复杂，功能强大，实现特殊功能容易。

RISC

微处理器结构简单，指令规整，性能容易把握，易学易用。

8、应用范围

CISC

机器则更适合于通用机。

RISC

由于RISC指令系统的确定与特定的应用领域有关，故RISC 机器更适合于专用机。