计算机组成原理实验二解决方案.doc

实验2 运算器的编程实现 一、实验目的 1、加深对计算机中运算器的基本概念、运算方法和基本原理的理解。 2、提高学生对计算机编程语言掌握的熟练程度。 二、实验内容 运用一种编程语言实现计算器的基本功能。 思考：1、计算机中数据是如何表示的？ 2、计算机中二进制数的加、减、乘、除四则运算如何实现？ 3、运算器的基本结构和功能有哪些？ 三、实验结果分析 1、计算机中数据是如何表示的？ 计算机的数据表示方法是二进制。 2、计算机中二进制的加减乘除四则运算是如何实现的？ 各种数据在计算机中表示的形式称为机器数。机器数有无符号和带符号之分，为了便于运算，带符号的机器数可以采用源码、反码和补码的等不同的编码方法，这叫码制最高位最示符号位：0表示正号，1表示负号，正数的补码和反码是相同的。 反码=原码取反 补码=反码+1 二进制的运算法则 1）二进制加法的进位法则是“逢二进一”。 0+0=0 1+0=1 0+1=1 1+1=0（进位） 2）二进制减法的进位法则是“借一为二”。 0–0=0 1–0=1 1–1=0 0–1=1（借位） 3）二进制乘法规则。 0*0=0 1*0=0 0*1=0 1*1=1 4）二进制除法即是乘法的逆运算，类似十进制除法。 加法 0+0=0，0+1=1+0=1，1+1=10 减法 0－0=0，1－0=1，1－1=0，0－1=-1，10100-1010=1010 乘法 0×0=0，0×1=1×0=0，1×1=1 除法 0÷1=0，1÷1=1 只有0和1两个数码，基数为二。 加法运算步骤： 　　（1）首先是最右数码位相加。这里加数和被加数的最后一位分别为“0”和“1”，根据加法原则可以知道，相加后为“1”。 　　（2）再进行倒数第二位相加。这里加数和被加数的倒数第二位都为“1”，根据加法原则可以知道，相加后为“（10）2”，此时把后面的“0”留下，而把第一位的“1”向高一位进“1”。 　　（3）再进行倒数第三位相加。这里加数和被加数的倒数第二位都为“0”，根据加法原则可以知道，本来结果应为“0”，但倒数第二位已向这位进“1”了，相当于要加“被加数”、“加数”和“进位”这三个数的这个数码位，所以结果应为0 1=1。 　　（4）最后最高位相加。这里加数和被加数的最高位都为“1”，根据加法原则可以知道，相加后为“（10）2”。一位只能有一个数字，所以需要再向前进“1”，本身位留下“0”，这样该位相加后就得到“0”，而新的最高位为“1 减法运算步骤 　　（1）首先最后一位向倒数第二位借“1”，相当于得到了（10）2，也就是相当于十进制数中的2，用2减去1得1。 　　（2）再计算倒数第二位，因为该位同样为“0”，不及减数“1”大，需要继续向倒数第三位借“1”（同样是借“1”当“2”），但因为它在上一步中已借给了最后一位“1”（此时是真实的“1”），则倒数第二位目前为1，与减数“1”相减后得到“0”。 　　（3）用同样的方法倒数第三位要向它们的上一位借“1”（同样是当“2”），但同样已向它的下一位（倒数第二位）借给“1”（此时也是真实的“1”），所以最终得值也为“0”。 　　（4）被减数的倒数第四位尽管与前面的几位一样，也为“0”，但它所对应的减数倒数第四位却为“0”，而不是前面几位中对应的“1”，它向它的高位（倒数第五位）借“1”（相当于“2”）后，在借给了倒数第四位“1”（真实的“1”）后，仍有“1”余，1 –0=1，所以该位结果为“1”。 　　（5）被减数的倒数第五位原来为“1”，但它借给了倒数第四位，所以最后为“0”，而此时减数的倒数第五位却为“1”，这样被减数需要继续向它的高位（倒数第六位）借“1”（相当于“2”），2–1=1。 　　（6）被减数的最后一位本来为“1”，可是借给倒数第五位后就为“0”了，而减数没有这个位，这样结果也就是被减数的相应位值大小，此处为“0”。 　　在二进制数的加、减法运算中一定要联系上十进制数的加、减法运算方法，其实它们的道理是一样的，也是一一对应的。在十进制数的加法中，进“1”仍就当 “1”，在二进制数中也是进“1”当“1”。在十进制数减法中我们向高位借“1”当“10”，在二进制数中就是借“1”当“2”。而被借的数仍然只是减少 了“1”，这与十进制数一样。 乘法运算步骤 　　把二进制数中的“0”和“1”全部当成是十进制数中的“0”和“1”即可。根据十进制数中的乘法运算知道，任何数与“0”相乘所得的积均为“0”，这一点同样适用于二进制数的乘法运算。只有“1”与“1”相乘才等于“1”。乘法运算步骤： 　　（1）首先是乘数的最低位与被乘数的所有位相乘，因为乘数的最低位为“0”，根据以