soc cap01
DESCRIPTION
Chapter 1 from the "Computer Structure and Organization" courseTRANSCRIPT
2008
Structura şi
organizarea calculatoarelor
- curs -
Ionescu Augustin-Iulian
1.22008 Organizarea şi structura calculatoarelor -curs- Ionescu Augustin-Iulian
Capitolul 1
ARITMETICA CALCULATOARELOR
1.32008 Organizarea şi structura calculatoarelor -curs- Ionescu Augustin-Iulian
Reprezentarea numerelor cu semnPrezentare generală
Fie N un număr binar cu semn
N=±bn-1bn-2…b1b0,b-1…b-m
Deoarece într-un SN cu un număr par de cifre nu putem reprezenta direct numerele negative, se utilizează reprezentarea codificată.
Codificarea semnului
Codificarea valorii.• Cod direct (reprezentare prin mărime şi semn)• Cod complementar• Cod invers
negativenumerepentru1
pozitivenumerepentru0sb
1.42008 Organizarea şi structura calculatoarelor -curs- Ionescu Augustin-Iulian
Reprezentarea numerelor cu semnReprezentarea virgulă fixă prin mărime şi semn
Bitul de semn bs nu are pondere deci poate ocupa orice poziţie. Pentru evitarea confuziilor, bs este plasat întotdeauna în poziţia extremă stângă (bitul cel mai semnificativ).
Valoarea numărului se reprezintă, indiferent de semn, prin modulul numărului.
În concluzie, numărul va fi reprezentat sub forma:
N=bsbn-1bn-2…b1b0b-1…b-m
În multe situaţii se consideră un caz particular al reprezentării şi anume numerele sunt fracţionare. În acest caz bitul de semn apare ca prima cifră de la partea întreagă (b0).
N=bsb-1…b-m
1.52008 Organizarea şi structura calculatoarelor -curs- Ionescu Augustin-Iulian
Reprezentarea numerelor cu semnExemple:
Fie numarul N=+0,74 reprezentat in format VF 1+15 prin marime si semn.
Fie numarul N=-0,74 reprezentat in format VF 1+15 prin marime si semn.
0 1 00011101011110
1 1 00011101011110
1.62008 Organizarea şi structura calculatoarelor -curs- Ionescu Augustin-Iulian
Reprezentarea numerelor cu semnComplementul faţă de 2 Fie N un număr binar reprezentat pe n ranguri întregi şi m ranguri fracţionare:
N=bn-12n-1+bn-22
n-2+…+b121+b0+b-12
-1+….b-m2m-1 =
= Se numeşte complement faţă de 2 al numărului N numărul
calculat cu relaţia =2n-N şi reprezentat în acelaşi format ca şi numărul N.
1n
mi
ii 2b
N
1.72008 Organizarea şi structura calculatoarelor -curs- Ionescu Augustin-Iulian
Reprezentarea numerelor cu semnProprietate
Fie numarul real N= . Atunci
1n
mi
ii 2b
Complementul fata de 1 al lui N
1.82008 Organizarea şi structura calculatoarelor -curs- Ionescu Augustin-Iulian
Reprezentarea numerelor cu semnReprezentare virgulă fixă în cod complementar
1.92008 Organizarea şi structura calculatoarelor -curs- Ionescu Augustin-Iulian
Reprezentarea numerelor cu semnObservații!
1.102008 Organizarea şi structura calculatoarelor -curs- Ionescu Augustin-Iulian
Reprezentarea numerelor cu semnExemple
Fie numarul N=+0,74 reprezentat in format VF 1+15 cod complementar.
Fie numarul N=-0,74 reprezentat in format VF 1+15 cod complementar.
0 1 00011101011110
1 0 00010010100001
1.112008 Organizarea şi structura calculatoarelor -curs- Ionescu Augustin-Iulian
Deplasarea numerelor cu semn Deplasarea spre stânga este echivalentă cu înmulţirea cu 2. Cifra din extrema stângă se pierde iar prin dreapta se introduce 0, indiferent de modul de reprezentare a numerelor.
Deplasarea spre dreapta este echivalentă cu împărţirea la 2 (înmulţirea cu 2-1). Cifra din extrema dreaptă se pierde, iar prin stânga se introduce 0 în cazul numerelor reprezentate prin mărime şi semn sau bitul de semn în cazul numerelor reprezentate în cod complementar.
Observație!
Deplasarea numerelor cu semn afectează numai modulul numerelor, nu şi bitul de semn.
1.122008 Organizarea şi structura calculatoarelor -curs- Ionescu Augustin-Iulian
Deplasarea numerelor cu semn Exemple:
1.132008 Organizarea şi structura calculatoarelor -curs- Ionescu Augustin-Iulian
Deplasarea numerelor cu semnExemple
1.142008 Organizarea şi structura calculatoarelor -curs- Ionescu Augustin-Iulian
Adunarea în cod complementar
1.152008 Organizarea şi structura calculatoarelor -curs- Ionescu Augustin-Iulian
Adunarea în cod complementar
1.162008 Organizarea şi structura calculatoarelor -curs- Ionescu Augustin-Iulian
Adunarea în cod complementar
1.172008 Organizarea şi structura calculatoarelor -curs- Ionescu Augustin-Iulian
Adunarea în cod complementar
1.182008 Organizarea şi structura calculatoarelor -curs- Ionescu Augustin-Iulian
Adunarea în cod complementar
1.192008 Organizarea şi structura calculatoarelor -curs- Ionescu Augustin-Iulian
Adunarea în cod complementarConcluzii!
1.202008 Organizarea şi structura calculatoarelor -curs- Ionescu Augustin-Iulian
Adunarea în cod complementarExemple (1)
1.212007 Organizarea şi structura calculatoarelor -curs- Ionescu Augustin-Iulian
Adunarea în cod complementarExemple (2)
1.22
Adunarea în cod complementar
2007 Organizarea şi structura calculatoarelor -curs- Ionescu Augustin-Iulian
X
Z
Y
OVERFLOW
m+1m+1
m+1
B[m..0]
S[m..0]
A[m..0]c0
c-1c-m-1
1.232007 Organizarea şi structura calculatoarelor -curs- Ionescu Augustin-Iulian
Scăderea în cod complementar
1.242007 Organizarea şi structura calculatoarelor -curs- Ionescu Augustin-Iulian
Scăderea în cod complementar
1.252007 Organizarea şi structura calculatoarelor -curs- Ionescu Augustin-Iulian
Scăderea în cod complementar
1.262007 Organizarea şi structura calculatoarelor -curs- Ionescu Augustin-Iulian
Scăderea în cod complementar
1.272007 Organizarea şi structura calculatoarelor -curs- Ionescu Augustin-Iulian
Scăderea în cod complementar
1.282007 Organizarea şi structura calculatoarelor -curs- Ionescu Augustin-Iulian
Scăderea în cod complementarConcluzii!
1.292007 Organizarea şi structura calculatoarelor -curs- Ionescu Augustin-Iulian
Scăderea în cod complementarExemple:
1.302007 Organizarea şi structura calculatoarelor -curs- Ionescu Augustin-Iulian
Scăderea în cod complementarExemple:
1.312007 Organizarea şi structura calculatoarelor -curs- Ionescu Augustin-Iulian
Scăderea în cod complementarExemple:
1.322007 Organizarea şi structura calculatoarelor -curs- Ionescu Augustin-Iulian
Scăderea în cod complementarExemple:
1.33
Sumator/scăzător în cod complementar
2007 Organizarea şi structura calculatoarelor -curs- Ionescu Augustin-Iulian
X
Z
Y
OVERFLOW
m+1
m+1
m+1
B[m..0]
S[m..0]
A[m..0]c0
c-1
Complement fata de 1
Sum/Dif
c-m-1
1.34
Adunarea în cod direct
2007 Organizarea şi structura calculatoarelor -curs- Ionescu Augustin-Iulian
1.35
Adunarea in cod direct
2007 Organizarea şi structura calculatoarelor -curs- Ionescu Augustin-Iulian
1.36
Adunarea în cod direct
2007 Organizarea şi structura calculatoarelor -curs- Ionescu Augustin-Iulian
1.37
Adunarea în cod direct
2007 Organizarea şi structura calculatoarelor -curs- Ionescu Augustin-Iulian
1.38
Adunarea în cod direct
2007 Organizarea şi structura calculatoarelor -curs- Ionescu Augustin-Iulian
Exemple:
1.39
Adunarea în cod direct
2007 Organizarea şi structura calculatoarelor -curs- Ionescu Augustin-Iulian
Exemple:
1.40
Înmulţirea prin adunare-deplasare
11001
10101
--------
11001
00000
11001
00000
11001
--------------
1000001101
2007 Organizarea şi structura calculatoarelor -curs- Ionescu Augustin-Iulian
I0=0
Aduna deinmultitul la acumulator
nuda
Deplasarea spre dreapta a ansamblului acumulator-inmultitor
Ultimul bit al inmultitorului?
STOP
danu
1.41
Înmulţirea prin adunare-deplasare
2007 Organizarea şi structura calculatoarelor -curs- Ionescu Augustin-Iulian
sumator binar
A4 A3 A2 A1 A0 I4 I3 I2 I1 I0
D4 D0D1D2D3
C
SC
Incarcare deinmultitIncarcare inmultitor
Initializare acumulator
INITinmultitor
deinmutit
Incarcare acumulator
STOP
1.42
Înmulţirea prin adunare-deplasare
2007 Organizarea şi structura calculatoarelor -curs- Ionescu Augustin-Iulian
0 1 1 1 1 1
0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 10
0
0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 11 se aduna X
0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 12
1 0 1 1 1 03 se aduna X
0 1 0 1 1 1 0 1 1 0 14
1 1 0 1 1 0 0 1 1 0 15 se aduna X
0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 06
0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 17
1 0 1 1 0 0 1 0 0 1 18 se aduna X
0 1 0 1 1 0 0 1 0 0 19
1 1 0 1 1
Bit de semn
1.43
Metoda lui BoothEste utilizabilă pentru numere reprezentate în cod complementar.
Algoritmul de calcul:
Observatii!Bitul de referinţă pentru bitul cel mai puţin semnificativ este 0;
După ultima comparare nu se mai realizează deplasarea.
2007 Organizarea şi structura calculatoarelor -curs- Ionescu Augustin-Iulian
y-iy-(i+1) …….
1 1 …….
1 0 …….
0 1 …….
0 0 ……. Deplasare produs partial cu un bit la dreapta
OPERATIA
Se scade deinmultitul si se deplaseaza produsul partial cu un bit la dreapta
Se aduna deinmultitul si se deplaseaza produsul partial cu un bit la dreapta
Deplasare produs partial cu un bit la dreapta
1.44
Metoda lui Booth - exempluDeinmultitul X = 1,0011 (-13/16)
Inmultitorul Y = 0,1010 (+10/16)
0,00000000 initializare registru combinat
00 deplasare dreapta 0,00000000 P1
10 se scade X 1,0011
0,11010000 P2
deplasare dreapta 0,01101000
01 se aduna X 1,0011
1,10011000 P3
deplasare dreapta 1,11001100
10 se scade X 1,0011
0,10011100 P4
deplasare dreapta 0,01101000
01 se aduna X 1,0011
1,01111110 rexultat (-130/256)2007 Organizarea şi structura calculatoarelor -curs- Ionescu Augustin-Iulian
1.45
Înmulţire rapidă
2007 Organizarea şi structura calculatoarelor -curs- Ionescu Augustin-Iulian
D4 D3 D2 D1 D0
I0
I1
I2
I3
I4
S SSS S1/2
S SSS S1/2
S SSS S1/2
S SSS S1/2
A9 A6A7A8 A5 A4 A1A2A3 A0
EACC
0
1.46
Înmulţire rapidă - exemplu
2007 Organizarea şi structura calculatoarelor -curs- Ionescu Augustin-Iulian
1 1 1 1 11
1
1
0
1
S SSS S1/2
S SSS S1/2
S SSS S1/2
S SSS S1/2
1 110 0 0 001 1
EACC
11
1
11 10 1111
1111 1
0 0000
1 1111
11
1
1
1
1
01
1
1 1 1 1
1 0 1 10 0
1
0
011
0
011 11
1.47
Împărţire prin comparareExistă trei metode de împărţire în binar:
Metoda comparării
Metoda cu refacerea restului parţial
Metoda fără refacerea restului parţial
2007 Organizarea şi structura calculatoarelor -curs- Ionescu Augustin-Iulian
1.48
(ACC)<(B)
(ACC)-(B)à (ACC)
nuda
Deplasarea spre stanga a ansamblului acumulator-cat
Ultima deplasare ?
STOP
danu
1à Q00à Q0
Împărţire prin comparare
2007 Organizarea şi structura calculatoarelor -curs- Ionescu Augustin-Iulian
1001010 10101110000
1001- 101
-
1000- 101
- 1010111
100- 000
100
1.49
Împărţire prin comparare
2007 Organizarea şi structura calculatoarelor -curs- Ionescu Augustin-Iulian
A4 Q0Q1Q2Q3Q4A0A1A2A3
B4 B0B1B2B3
Scazator binar comparator
deimpartit/catrest
impartitor
1.50
Împărţire fără refacerea restului
2007 Organizarea şi structura calculatoarelor -curs- Ionescu Augustin-Iulian
[A]>0
ß [A]+[Q]
danu
ß [A]+[Q]
Ultima deplasare ?
STOP
danu
1à Q00à Q0
A=[A]-[D]
A=[A]-[D]
ß [A]+[Q]
A=[A]+[D]
1.51
Împărţire fără refacerea restului
2007 Organizarea şi structura calculatoarelor -curs- Ionescu Augustin-Iulian
Dn-1 . . . D0
divizor
An-1 . . . A0 Qn-1 . . . Q0
ALU
Schema de comanda
adunare/scadere
deplasare stanga
rest deimpartit/cat
1.52
Împărţire fără refacerea restului
2007 Organizarea şi structura calculatoarelor -curs- Ionescu Augustin-Iulian
0 0 1 1
0 0 0 0 1 0 0 0
0 0 0 1 0 0 0
1 1 1 0 0 0 0 0
1 1 0 0 0 0 0
1 1 1 1 0 0 0 0
1 1 1 0 0 0 0
0 0 0 1 0 0 0 1
0 0 1 0 0 0 1
1 ß
A=[A]-[D]<0
2 ß
A=[A]+[D]<0
3 ß
A=[A]+[D]>0
4 ß
1 1 1 1 0 0 1 0A=[A]-[D]<0
0 0 1 0 0 0 1 0A=[A]+[D]