电子计算机的工作原理ppt课件.ppt

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1、第三章电子计算机的工作原理3.1电子计算机的结构特点一、冯.诺伊曼体系结构由运算器、存储器、控制器和I/O设备组成；指令和数据以同等地位存放在存储器中，按地址寻访；指令和数据均以二进制表示；指令由操作码和数据组成；指令在存储器中顺序存放，顺序执行，特定情况下根据条件改变执行的顺序；机器以运算器为中心，输入/输出设备与存储器间的数据传送都通过运算器完成。冯.诺伊曼体系结构的特点二、中央处理器(CPU)的组成1、运算器：运算器由算术逻辑部件(ALU)和一些寄存器组成，是直接进行数据交换和运算的部件；2、控制单元：控制单元用来指挥和控制程序和数据的输入、运行和处理；3、寄存

2、器：包括寄存器组，累加器(ACC)，标志寄存器(FR)，程序计数器(PC)，指令寄存器(IR)，地址寄存器(AR)，数据缓冲寄存器(DR)；三、冯.诺伊曼结构的演化1、控制部件设计的多样化逻辑电路设计实现；微程序设计实现。2、采用总线结构分散连接的方式使得输入输出设备无法变动早期交换数据必须通过运算器利用三态缓冲器使得总线上的设备或器件分时工作计算机的系统总线结构总线：是连接各部件的一组公共信号线，传送信号和代码的公共通道。系统总线的分类：数据总线：用来传输各功能部件之间的数据信息，是双向传输总线，位数与机器字长有关；地址总线：用来指出数据总线上的源数据或目的数据在主

3、存中的地址，是单向传输总线，地址总线的个数与存储器单元的数量有关，称为寻址能力；控制总线：用来发出各种控制信号的传输线，每一根控制总线是单向的。3、以存储器为中心现代计算机已经从以运算器为中心转化为以存储器为中心；程序存储器输出设备输入设备运算器控制器数据结果计算以存储器为中心的计算机硬件框图存储体大楼存储单元存放一串二进制代码存储字存储单元中二进制代码的组合存储字长存储单元中二进制代码的位数每个存储单元赋予一个地址号按地址寻访–存储单元–存储元件（0/1）–房间–床位（无人/有人）存储器的基本组成主存储器存储体MARMDRMARMDR存储单元个数16存储字长8设MA

4、R=4位MDR=8位存储器地址寄存器反映存储单元的个数存储器数据寄存器反映存储字长存储器的基本组成主存储器存储体MARMDR存储器用来存放数据和程序；主存储器可以分为随机存储器(RAM)和只读存储器(ROM)；CPU每一次只能对存储器中的一个存储单元进行读操作或写操作。4、输入/输出系统功能的加强DMA、中断技术3.2指令系统一、指令系统的基本概念机器指令：命令机器做某种操作的一条语句称为一个机器指令；指令系统：全部机器指令的集合称为指令系统。指令系统是软硬件的主要界面，不同处理器对应不同的指令系统二、指令格式操作码：是一条指令的操作类型或作用；操作数：代表需要处理的

5、数，或参与操作数的地址。操作数的个数可以是0、1、2、3个指令字长：指令中包含二进制代码的位数。单字长指令：指令字长与机器字长相等；双字长指令：指令字长度是机器字长度两倍；机器字长：计算机能直接处理的二进制数据的位数三、指令（编码）系统实例操作码意义助记符00H加，A+NUMAADDA,NUM(数字)01H减，A–NUMASUBA,(ADDR)02H乘，A*ADDR存储单元中的数据AMULA,(ADDR)03H除，A/ADDR存储单元中的数据ADIVA,(ADDR)04H逻辑与，AandNUMAANDA,NUM05H取数，将一个数取到A中LDA，NUM06H

6、存数，将A中的数保存到ADDR存储单元中MOV(ADDR),A07H停机STOP3.3中央处理器(CPU)一、CPU的基本结构二、CPU的基本操作三、CPU的控制器和机器时钟一、CPU的基本结构1、数的存储：寄存器、锁存器、存储器2、累加器ACC：运算之前保存一个操作数，运算之后保存运算结果，CPU中可以有一个或多个累加器；3、通用寄存器组：可以用来保存数据，也可以参与计算，存取速度非常快，但一般数量不多；4、标志寄存器：用来记录CPU当前运行的一些状态，如加减法的进位，溢出，计算结果的正负，运算结果是否为0等等；5、程序计数器PC：存放下一条要执行的指令的地址码；6

7、、地址寄存器AR：与地址总线相连，给出操作内存单元的地址；7、指令寄存器IR：保存取出的指令码；8、数据缓冲寄存器DR：与数据总线相连，保存要写入内存的数据或从内存中读出的数据；9、指令译码器：解释指令码的意义。二、CPU的基本操作1、取指令2、读数据3、写数据取指令1、PC地址地址寄存器地址总线2、控制单元读信号3、数据总线数据缓冲寄存器指令寄存器译码器操作单元4、PC地址+1读数据1、地址码地址寄存器地址总线2、CU读信号3、数据总线数据缓冲寄存器ACC写数据1、地址码地址寄存器地址总线2、ACC数据缓冲寄存器数据