計(jì)算機(jī)組成原理第一章

計(jì)算機(jī)組成原理唐朔飛第２版第１章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論第３章系統(tǒng)總線第４章存儲(chǔ)器第５章輸入輸出系統(tǒng)第６章計(jì)算機(jī)的運(yùn)算方法第７章指令系統(tǒng)第８章CPU的結(jié)構(gòu)和功能第９章限制單元的功能第10章限制單元的設(shè)計(jì)第２章計(jì)算機(jī)的發(fā)展及應(yīng)用第１章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論1.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)簡介1.4本書結(jié)構(gòu)1.3計(jì)算機(jī)硬件的主要技術(shù)指標(biāo)1.2計(jì)算機(jī)的基本組成系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件計(jì)算機(jī)軟件計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)硬件操作系統(tǒng)語言處理程序診斷程序各種標(biāo)準(zhǔn)程序庫。。。MISERPOFFICEOUTLOOK。。。1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成1.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)簡介一、計(jì)算機(jī)的軟硬件概念CPU主存外設(shè)系統(tǒng)總線計(jì)算機(jī)組成內(nèi)部總線控制器運(yùn)算器寄存器組CPU組成總線系統(tǒng)：各部件之間傳送信息的通路和器件硬件系統(tǒng)計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的一種構(gòu)成形式存儲(chǔ)器運(yùn)算器限制器適配器輸入設(shè)備輸出設(shè)備系統(tǒng)總線軟件系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì)語言應(yīng)用軟件：軟件包，數(shù)據(jù)庫機(jī)器語言匯編語言高級(jí)語言監(jiān)控程序操作系統(tǒng)編輯程序解釋程序編譯程序診斷程序…服務(wù)程序語言處理程序操作系統(tǒng)用戶程序應(yīng)用軟件包工具軟件…系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件軟件系統(tǒng)結(jié)果計(jì)算機(jī)高級(jí)語言程序目標(biāo)程序翻譯運(yùn)行1.11.計(jì)算機(jī)的解題過程二、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)高級(jí)語言虛擬機(jī)器M3匯編語言虛擬機(jī)器M2操作系統(tǒng)虛擬機(jī)器機(jī)器語言實(shí)際機(jī)器M1微指令系統(tǒng)微程序機(jī)器M01.12.計(jì)算機(jī)的層次結(jié)構(gòu)用編譯程序翻譯成匯編語言程序用匯編程序翻譯成機(jī)器語言程序用機(jī)器語言說明操作系統(tǒng)用微指令說明機(jī)器指令由硬件干脆執(zhí)行微指令軟件硬件1.1虛擬機(jī)器M4虛擬機(jī)器M3虛擬機(jī)器M2實(shí)際機(jī)器M1微程序機(jī)器M0程序員所見到的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的屬性概念性的結(jié)構(gòu)與功能特性計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)組成實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)所體現(xiàn)的屬性有無乘法指令如何實(shí)現(xiàn)乘法指令（指令系統(tǒng)、數(shù)據(jù)類型、尋址技術(shù)、I/O機(jī)理）（具體指令的實(shí)現(xiàn)）1.1三、計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)和計(jì)算機(jī)組成1.2計(jì)算機(jī)的基本組成計(jì)算機(jī)由五大部件組成指令和數(shù)據(jù)用二進(jìn)制表示指令由操作碼和地址碼組成以運(yùn)算器為中心指令和數(shù)據(jù)以同等地位存于存儲(chǔ)器，可按地址尋訪一、馮·諾依曼計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)存儲(chǔ)程序典型馮.諾依曼計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)

存儲(chǔ)器輸出輸入運(yùn)算器限制器數(shù)據(jù)線路限制信號(hào)二、計(jì)算機(jī)硬件框圖1.21.以存儲(chǔ)器為中心的計(jì)算機(jī)硬件框圖程序存儲(chǔ)器輸出設(shè)備輸入設(shè)備運(yùn)算器控制器數(shù)據(jù)結(jié)果計(jì)算ALU主存輔存CPU主機(jī)I/O設(shè)備硬件CU2.現(xiàn)代計(jì)算機(jī)硬件框圖存儲(chǔ)器輸入設(shè)備運(yùn)算器輸出設(shè)備控制器1.2ALUCPU主機(jī)I/O設(shè)備CU主存1.上機(jī)前的準(zhǔn)備建立數(shù)學(xué)模型-+-+-=!x9!x7!x5!x3xx9753sin…編制解題程序確定計(jì)算方法程序——運(yùn)算的全部步驟0,1,2,)()(21nynxynx=+=√…指令——每一個(gè)步驟1.2三、計(jì)算機(jī)的工作步驟取x至運(yùn)算器中乘以x在運(yùn)算器中乘以a在運(yùn)算器中存ax2

在存儲(chǔ)器中取b至運(yùn)算器中乘以x在運(yùn)算器中加ax2

在運(yùn)算器中加c在運(yùn)算器中=(ax

+

b)x

+

c

取x至運(yùn)算器中乘以a在運(yùn)算器中加b在運(yùn)算器中乘以x在運(yùn)算器中加c在運(yùn)算器中計(jì)算ax2+bx+c1.2編程舉例指令格式指令中應(yīng)包含的信息：運(yùn)算數(shù)據(jù)的來源運(yùn)算結(jié)果的去向執(zhí)行的操作。操作碼地址碼指令和數(shù)據(jù)存于主存單元的地址指令注釋操作碼地址碼00000010000001000取數(shù)x至ACC10001000000001001乘a得ax

,存于ACC中20000110000001010加b得ax+b

,存于ACC中30001000000001000乘x得（ax+b)x,存于ACC中40000110000001011加c得ax2+bx+c

,存于ACC50000100000001100將ax2+bx+c

,存于主存單元60001010000001100打印7000110停機(jī)8

x原始數(shù)據(jù)x9

a原始數(shù)據(jù)a10b原始數(shù)據(jù)b11c原始數(shù)據(jù)c12存放結(jié)果1.2計(jì)算ax2+bx+c程序清單存儲(chǔ)器：是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的記憶設(shè)備，用來存放程序和數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)元：存儲(chǔ)器的最小組成單位，用以存儲(chǔ)1位二進(jìn)制代碼。存儲(chǔ)單元：是CPU訪問存儲(chǔ)器基本單位，由若干個(gè)具有相同操作屬性的存儲(chǔ)元組成。幾個(gè)基本概念2.計(jì)算機(jī)的解題過程(1)存儲(chǔ)器的基本組成單元地址：在存儲(chǔ)器中用以標(biāo)識(shí)存儲(chǔ)單元的唯一編號(hào)，CPU通過該編號(hào)訪問相應(yīng)的存儲(chǔ)單元。字存儲(chǔ)單元：存放一個(gè)字的存儲(chǔ)單元，相應(yīng)的單元地址叫字地址。字節(jié)存儲(chǔ)單元：存放一個(gè)字節(jié)的存儲(chǔ)單元，相應(yīng)的單元地址叫字節(jié)地址存儲(chǔ)體：存儲(chǔ)單元的集合，是存放二進(jìn)制信息的地方存儲(chǔ)器各個(gè)概念之間的關(guān)系單元地址00…0000…01........XX…XX存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)元存儲(chǔ)容量存儲(chǔ)體1.2MARMDR存儲(chǔ)器地址寄存器反映存儲(chǔ)單元的個(gè)數(shù)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)寄存器反映存儲(chǔ)字長MDR主存儲(chǔ)器存儲(chǔ)體MARACCMQX(2)運(yùn)算器的基本組成及操作過程1.2運(yùn)算器MQACCALUX被加數(shù)被減數(shù)被除數(shù)乘數(shù)商加數(shù)減數(shù)被乘數(shù)除數(shù)加法減法乘法除法和差余數(shù)乘積高位乘積低位運(yùn)算器MQACCALUXACC被加數(shù)ACC初態(tài)

①加法操作過程1.2[ACC]+[X]ALU[M]XXACCACC指令加M1.2②減法操作過程運(yùn)算器MQACCALUX指令減MACC被減數(shù)ACC初態(tài)

[M]XX[ACC]-[X]ALUACCACC運(yùn)算器MQACCALUXACCACC被乘數(shù)初態(tài)

1.2MQ[M]MQ指令

乘M③乘法操作過程X[ACC]XALU[X]×[MQ]00ACCACC∥MQACCMQ運(yùn)算器MQACCALUXACC被除數(shù)ACC初態(tài)

1.2[ACC]÷[X]ALUMQACCMQ余數(shù)在ACC中指令除M[M]

XX④除法操作過程取指令分析指令執(zhí)行指令PCIRCU取指執(zhí)行PC存放當(dāng)前欲執(zhí)行指令的地址，

具有計(jì)數(shù)功能（PC）+

1PCIR存放當(dāng)前欲執(zhí)行的指令訪存訪存完成一條指令1.2(3)限制器的基本組成CU限制單元PCIRCU12356789以取數(shù)指令為例4(4)主機(jī)完成一條指令的過程1.2CU控制單元主存儲(chǔ)器MDRMAR存儲(chǔ)體CPUPC控制器IR…運(yùn)算器MQACCALUXI/O設(shè)備12356798以存數(shù)指令為例41.2(4)主機(jī)完成一條指令的過程CU控制單元主存儲(chǔ)器MDRMAR存儲(chǔ)體CPUPC控制器IR…運(yùn)算器MQACCALUXI/O設(shè)備(5)ax2+bx+c程序的運(yùn)行過程將程序通過輸入設(shè)備送至計(jì)算機(jī)程序首地址打印結(jié)果分析指令取指令…停機(jī)啟動(dòng)程序運(yùn)行,(PC

)+

1PC執(zhí)行指令

1.2MARMMDRIRPCCUOP(IR)Ad(IR)MARMMDRACCPC位：這是計(jì)算機(jī)中所表示的最基本、最小的數(shù)據(jù)單元。字長：是計(jì)算機(jī)能并行傳送的最大二進(jìn)制位數(shù)。字節(jié)（Byte）：是計(jì)算機(jī)中通用的基本單元，由8個(gè)二進(jìn)制位組成。字：是計(jì)算機(jī)內(nèi)部進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的基本單位。1.3計(jì)算機(jī)硬件的主要技術(shù)指標(biāo)運(yùn)算速度=ni

=1fi

tiTM∑吉普森法主頻每秒執(zhí)行百萬條指令MIPS執(zhí)行一條指令所需時(shí)鐘周期數(shù)CPI每秒浮點(diǎn)運(yùn)算次數(shù)FLOPS存儲(chǔ)容量：是存儲(chǔ)器可以容納的二進(jìn)制信息量.以字節(jié)（byte簡寫為B）為單位。常用的單位還有KB、MB、GB等。1Byte＝8bit1KB=1024B1MB=1024KB1GB=1024MB1TB=1024GB指令執(zhí)行時(shí)間：是指取指令和執(zhí)行指令所花時(shí)間的總和。牢靠性：指計(jì)算機(jī)在規(guī)定時(shí)間和條件下正常工作不發(fā)生故障的概率。兼容性：指計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備和軟件程序可用于其他多種系統(tǒng)的性能。性能價(jià)格比：是衡量計(jì)算機(jī)產(chǎn)品優(yōu)劣的綜合性指標(biāo)。第