《资料处理》PPT课件

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1、Chapter2資料處理2.1電腦架構2.2機器語言2.3程式執行2.4算術/邏輯指令2.5與其他設備通訊2.6其他架構2.1電腦架構電腦內控制資料處理的電路叫中央處理單元［centralprocessingunit,CPU，通常簡稱為處理器（processor）］。這些處理器也稱為微處理器（microprocessors）。CPU的基本概念CPU由兩部份構成(圖2.1)：算術/邏輯單元（arithmetic/logicunit），其中包含執行資料處理（例如加法及減法）的電路；控制單元（controlunit），

2、其中包含協調機器動作的電路以及暫存器單元（registerunit），其中含有暫存器（register）的資料儲存記憶單元。CPU和主記憶體經由一些叫匯流排（bus）的線路（圖2.1）相連。經由此匯流排，CPU可藉由提供適當的記憶體位址與電子信號，來告訴記憶體電路取出（讀）特定記憶單元內的資料。將存於主記憶體中的兩個值相加，圖2.2列出五個步驟。儲存程式的概念控制單元從主記憶體取用程式，再將指令解碼，並且執行。將電腦程式儲存於主記憶體的想法稱為儲存程式的概念（stored-programconcept）。★圖2.

3、1CPU及主記憶體由匯流排連接★圖2.2記憶體內的值相加2.2機器語言CPU被設計成能夠辨識編碼成位元圖樣的指令。這些指令集加上編碼系統就被稱為機器語言（machinelanguage），而利用這個語言所寫出來的指令稱為機器指令（machineinstruction）。指令清單一個典型CPU必須能夠解碼，而且執行的機器指令清單。CPU設計的兩種理念。其一CPU應被設計來執行最起碼的機器指令集，即所謂的精簡指令集電腦（reducedinstructionsetcomputer,RISC）。另一方面，CPU具有執行大

4、量複雜指令的能力，即所謂的複雜指令集電腦(complexinstructionsetcomputer,CISC)。機器的指令可以分成三類：(1)資料傳送類；(2)算術/邏輯類；及(3)控制類。資料傳送類：由要求將資料從某一處移至另一處的各種指令所組成。圖2.2中的步驟1、2及4即屬此類。傳送（transfer）、搬移（move）。圖2.2中步驟1、2為LOAD指令，而步驟4是一個STORE指令。處理機器的輸出入（I/O）動作，稱為輸出入指令（I/Oinstructions）。算術/邏輯類：由告知控制單元要求啟動算

5、術/邏輯單元的各種指令所組成。圖2.2中的步驟3就屬這類指令。基本的算術運算，AND、OR及XOR。移位（SHIFT）、迴轉（ROTATE）。控制類：由那些導引程式的執行而非資料處理的各種指令所組成。圖2.2中的步驟5即為此類。JUMP指令有二種：非條件跳躍（unconditionaljumps）和條件跳躍（conditionaljumps）。附錄C有16個一般用途的暫存器，以及256個主記憶體儲存單元，每單元有8位元的容量。一個機器指令的編碼通常包含兩個部份：運算碼（op-code，op）欄位與運算元（oper

6、and）欄位。★圖2.3將存於記憶體中的數值相除★圖2.4附錄C所述機器的結構★圖2.5附錄C機器的指令格式★圖2.6指令35A7的解碼★圖2.7圖2.2中的指令編碼後的版本2.3程式執行電腦將指令複製到CPU中的方式來執行儲存於其主記憶體中的程式。一旦進到CPU，每個指令就被解碼並執行。指令暫存器用來儲存剛剛被執行的指令，程式計數器記錄下一個要執行的指令的位址。CPU持續重複機器週期（machinecycle）的演算法來執行它的工作，其中包含三個步驟：提取（fetch）、解碼（decode）、執行（execut

7、e）（圖2.8）。★圖2.8機器週期★圖2.9將B258這個指令解碼程式執行範例在我們的例子中，假設程式將存在以A0（十六進制）為啟始的連續位址中。藉由將A0放入程式計數器並開始程式的執行（如圖2.10）。★圖2.10圖2.7的程式存入主記憶體並準備開始執行★圖2.11執行機器循環的提取步驟2.4算術/邏輯指令邏輯運算例如將位元組10011010與11001001做AND，結果為：OR及XOR的位元動作如下：迴轉及移位運算迴轉及移位指令提供了一個暫存器中移動位元的方法，一般被用來解決對正（alignment）的問

8、題。一種是將落出的位元補入空出的洞中，其結果便是環狀移位（circularshift），或稱為迴轉（rotation）。另一種方法是去掉落出的位元並補入0，邏輯移位（logicalshift），此種左移常被用來將2的補數表示乘以2。要將原數除2，只要右移一個位元便可。算術運算所有運算皆可由加法運算及取負數來完成，乘法僅只是重複多次加法，除法僅只是重複多次減法。★圖2.12