最新第3-章-计算机硬件基础(第45讲)概要教学讲义PPT.ppt

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1、第3-章-计算机硬件基础(第45讲)概要第3章计算机硬件基础3.1计算机的基本组成3.2指令系统3.3中央处理器3.4存储器3.5输入输出系统3.6计算机的主要指标8/2/202123.1计算机的基本组成冯·诺依曼型计算机的设计思想:硬件结构由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备5大基本部分组成。输入设备输出设备外部设备接口控制器控制信号指令或数据外存储器主存储器运算器原始数据计算结果8/2/202133.2指令系统指令系统的作用指令格式与功能计算机硬件结构计算机系统软件计算机应用范围8/2/202173.2.1指令格式计算机指令由操作码和地址码两部分组成(个别指令除

2、外)操作码告诉计算机应该进行什么操作地址码(操作数)告诉计算机参与操作的数据来自何处、操作结果又将送到什么地方。例：机器语言指令：1000101111000011汇编语言指令：MOVAX,BX每条低级语言指令只完成一个基本操作。操作码地址码8/2/202183.2.1指令格式根据指令地址码(操作数)部分中显式指明的地址个数，则可形成如下地址指令零地址指令：指令中不涉及地址或使用约定的地址。如停机指令、空操作指令、关中断及堆栈操作（默认为栈顶）指令一地址(单地址)指令：指令中只涉及一个地址或还使用另一约定的地址。例如：寄存器内容加1、减1指令，指令中只表示一个源地址即可。8/

3、2/202193.2.1指令格式指令地址码的地址个数(续)二地址指令：指令中指出目的地址和源地址，其中目的地址还用于保存运算结果。三地址指令：指令中不仅要指出目的地址和源地址，还要指出保存运算结果的去处。8/2/2021103.2.2寻址方式寻址方式是指令中说明寻找操作数的方式，指出在哪里可以找到操作数。操作数不一定放在指令中，它可以放在其他地方。主机中通常可以存储数据的“容器”有寄存器和内存。寄存器存取速度快，但容量有限；内存容量大，但存取速度不如寄存器快。寻址方式可以直接给出寄存器和内存的地址，也可用间接的方式。8/2/2021113.2.2寻址方式常见寻址方式：立即寻

4、址、寄存器寻址、直接寻址、寄存器间接寻址等。2000H寄存器2000H1234H存储内容内存地址1.立即寻址4.寄存器间接寻址3.直接寻址2.寄存器寻址8/2/2021123.2.3指令分类按指令功能分数据传送指令：完成数据的传送算术运算指令：进行算术运算逻辑运算指令：进行逻辑运算位移指令：对寄存器或内存单元中的数据进行左移或右移输入输出指令：在CPU和外设之间进行数据的输入、输出控制转移指令：控制程序的转移。8/2/2021133.2.4指令举例序号汇编语言指令机器语言指令指令功能存储地址机器指令1MOVAL,X2000A00100将X单元(001号)中的内容传送到AL寄

5、存器中2ADDAL,Y200302060200将Y单元(002号)中的内容加到AL寄存器中3MOVSUM,AL2007A20300把AL寄存器中的和传送到SUM单元(003号)中4HLT200AF4停机8/2/2021143.2.5精简指令系统计算机复杂指令集计算机CISC早期指令系统只有定点加减、逻辑运算、数据传送、转移等十几至几十条指令60年代后期，增加了乘除运算、浮点运算、十进制运算、字符串处理等指令，指令数目多达一二百条，寻址方式也趋多样化；70年代末期，大多数计算机的指令系统多达几百条。8/2/2021153.2.5精简指令系统计算机复杂指令集计算机CISCCIS

6、C(ComplexInstructionSetComputer)采用增强原有指令功能并设置更为复杂的指令使计算机系统具有更强的功能和更好的性能价格比。CISC由IBM公司提出，以1964年研制的IBM360为代表。该类机器指令系统变得越来越庞杂。PC机多是用这种设计风格的指令系统，如MMX多媒体扩展指令等就是增加进去的复杂指令。8/2/2021163.2.5精简指令系统计算机精简指令集计算机RISC上世纪70年代研究发现80%的指令只在20%的运行时间里用到，设计周期延长，成本增加，容易出错，系统可靠性降低。70年代中期，Patterson等人提出减少指令总数和简化指令的功

7、能，降低硬件设计复杂度进而提高指令执行速度基本思想是指令系统只需由使用频率高的指令组成，简单的指令能执行得更快。即精简指令集计算机ReducedInstructionSetComputer。8/2/2021173.2.5精简指令系统计算机RISC的优点简化指令系统，适合超大规模集成电路的实现；提高机器执行的速度和效率；降低设计成本，提高系统的可靠性提供直接支持高级语言的能力，简化编译程序的设计。RISC技术已成为计算机结构设计中的一种重要思想。现在大多数CPU内核都是基于RISC技术。8/2/2021183.3中央