第三章计算机核心部件和其工作原理.ppt

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1、第三章计算机核心部件及其工作原理第一节中央处理器（CPU）冯•诺伊曼计算机的特点冯•诺伊曼计算机的特点计算机由运算器、存储器、控制器和输入/输出设备组成指令和数据一起以同等地位存放于存储器内，并可按地址访问指令和数据均用二进制代码表示指令由操作码和地址码组成，操作码用于表示操作的性质，地址码用来表示操作数在存储器中的位置冯•诺伊曼计算机的特点指令在存储器内按顺序存放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来完成。典型的冯•诺伊曼计算机结构框图运算器控制器输入设备存储器输出设备典型的冯•诺伊曼计算机结构框图冯•诺伊曼计算机结构的演化控制部件

2、多样化现代计算机系统采用了总线结构总线：连接计算机各部件的一组公共信号线，它是计算机中传送信号代码的公共通道。内部总线：把微处理机内部各个逻辑功能单元互相连接起来的线路外部总线：把计算机各个功能部件互相连接起来的总线数据总线、控制总线、地址总线数据总线实现CPU、存储器和输入输出设备三者之间的数据交换双向总线地址总线用来输出指定的存储器或I/O设备地址的总线单向总线地址总线的数目决定了所能访问的存储单元的数目控制总线三态门缓冲器输入输出启动/禁止控制端输入输出00001110高阻抗11高阻抗D3D2D1D0D3D2D1D0来自CPU来自存储器C1C201存储器成为

3、计算机的中心运算器控制器输入设备存储器输出设备以存储器为中心的计算机结构框图00010000………………地址译码器来自CPU的地址寄存器00000010控制CPU发送读命令将数据传送给CPU存储器读操作输入/输出系统的功能加强采用了中断技术、DMA的方式的高速总线技术指令系统基本概念指令：计算机执行某种操作的命令指令系统：计算机各种操作的集合指令系统是完备的指令系统支持最高效率的执行指令编码是合理的指令系统须采取系列设计指令字长和指令格式机器字长：计算机能直接处理的二进制数据的位数指令字长：指令中包含的二进制代码的位数。单字长指令：指令字长和机器字长相等双子长指令

4、：指令子长度是机器子长的两倍指令格式：由操作码和操作数组成操作码操作数/操作数地址操作码：决定了操作的类型操作（助记符）操作码编码（二进制）加法000减法001乘法010除法011逻辑与100取数101存数110停机111操作数码无操作数指令由操作数指令操作码操作码操作数1/操作数地址1操作数n/操作数地址n……计算机的工作过程（简要介绍）计算机的工作过程（简要介绍）例：计算ax2+bx+c化简(ax+b)*x+c运算步骤：取x送指运算器中乘以a，得ax，存于运算器中加b，得ax+b，存于运算器中乘以x，得(ax+b)x，存于运算器中加c，得(ax+b)x+c，存

5、于运算器中计算机的工作过程（简要介绍）设某机器的指令字长为16位，其中操作码占6位，地址码占10位，如下图所示操作码操作数6位10位指令和数据存于主存单元的地址指令注释操作码地址00000010000001000取x送至ACC10001000000001001乘a得ax-〉ACC20000110000001010加b得ax+b->ACC30001000000001000乘x得(ax+b)x->A40000110000001011加c得(ax+b)x+c-50000100000001100存数60001010000001100打印7000110停机8x9a10b11

6、c12使用系统总线的CPUALUCU寄存器中断系统CPU控制总线数据总线地址总线使用系统总线的CPUCPU的寄存器CPU的寄存器用户可见的寄存器通用寄存器数据寄存器地址寄存器条件代码寄存器CPU的寄存器控制和状态寄存器MAR存储器地址寄存器MDR存储器数据寄存器PC程序计数器IR指令寄存器AXBXCXDX通用寄存器SPBPSIDI指针和变址CSDSSSES段IPF程序状态8086微处理器寄存器的组织细化的计算机组成框图ACCALUXMQ运算器CU控制单元…IRPC控制器CPU存储体MDRMAR主存储器I/OCPU的功能（控制器的功能）CPU的功能（控制器的功能）取

7、指令分析指令执行指令CPU的控制单元CPU的控制单元指令周期的基本概念CPU每取出并执行一条指令所需的全部时间叫指令周期取指阶段执行阶段取指周期（取指、分析）执行周期执行指令指令周期CPU的控制单元指令周期的比较取指周期指令周期无条件转移指令JMPX取指周期指令周期加法指令执行周期取指周期指令周期执行周期乘法指令CPU的控制单元机器周期：完成一个基本的操作如读或写等所需要的时间时钟周期（节拍、状态）在一个机器周期里可以完成若干个微操作，每个微操作都需要一定的时间，可以用时钟信号来控制产生每一个微操作命令。这样一个机器周期内就包含了若干个时钟周期，又称节拍或状态。C

8、PU的控制