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&nbsp>&nbsp計(jì)算機(jī)&nbsp>&nbsp計(jì)算機(jī)原理

計(jì)算機(jī)、微型計(jì)算機(jī)的組成及工作過程.ppt80頁

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第5章 計(jì)算機(jī)、微型計(jì)算機(jī)的組成及 工作過程 5.1 計(jì)算機(jī)及微型計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生與發(fā)展 參見教材P118-P122 5.2 計(jì)算機(jī)及微型計(jì)算機(jī)的組成 5.2.1 計(jì)算機(jī)的組成 馮·諾依曼計(jì)算機(jī)由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備五部分組成，如圖5.1所示。 1.存儲(chǔ)器 計(jì)算機(jī)中的指令和數(shù)據(jù)都表現(xiàn)為二進(jìn)制數(shù)碼，他們必須被存入存儲(chǔ)器的不同區(qū)域才能被區(qū)分。 為了準(zhǔn)確地對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀或?qū)?#xff0c;通常以字節(jié)(或以字)為單位將存儲(chǔ)器劃分為一個(gè)個(gè)存儲(chǔ)單元，并依次對(duì)每一個(gè)存儲(chǔ)單元賦予一個(gè)序號(hào)(從零開始的無符號(hào)整數(shù))，該序號(hào)稱為存儲(chǔ)單元的地址。 存儲(chǔ)單元中存放的數(shù)據(jù)或指令稱為存儲(chǔ)單元的內(nèi)容。地址是識(shí)別存儲(chǔ)器中不同存儲(chǔ)單元的惟一標(biāo)識(shí)，如圖5.2所示。 存儲(chǔ)單元的地址和內(nèi)容都是二進(jìn)制數(shù)碼，但它們是完全不同的兩個(gè)概念，如同高級(jí)語言中的變量名和變量的值是不同的兩個(gè)概念一樣。 地址的位數(shù)由控制器地址線的位數(shù)確定，每個(gè)存儲(chǔ)單元中內(nèi)容(數(shù)據(jù)或指令)的位數(shù)由設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)時(shí)對(duì)存儲(chǔ)器的編址方法確定。 如果控制器有n條地址線，則它所能管理的存儲(chǔ)單元最多為2n個(gè)。如果對(duì)存儲(chǔ)器采用的是按字節(jié)編址，則每個(gè)存儲(chǔ)單元只能存放8位二進(jìn)制數(shù)碼。 每個(gè)存儲(chǔ)單元的地址都是惟一的，不同存儲(chǔ)單元的地址互不相同。 每次讀、寫存儲(chǔ)器時(shí)都必須先給出存儲(chǔ)單元的地址，然后才能訪問(讀或?qū)?存儲(chǔ)單元中的內(nèi)容。 2. 運(yùn)算器 運(yùn)算器是進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算(如加、減、乘、除等)和邏輯運(yùn)算(如非、與、或等)的裝置. 通常由算術(shù)邏輯部件ALU，專用寄存器X、Y和Z，累加器，通用寄存器R0、R1、…、Rn-1以及標(biāo)志寄存器F組成，如圖5.3所示。 核心部件ALU用于完成算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。 X、Y是ALU的輸入寄存器，Z是ALU的輸出寄存器。 F用于存放運(yùn)算結(jié)果的狀態(tài)，例如，結(jié)果是否為零，是正還是負(fù)，有無進(jìn)位，是否溢出，等等。 ALU的功能是對(duì)X、Y中的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，并將結(jié)果送到Z。 X、Y、Z是與ALU不可分的一部分，通常稱為ALU的數(shù)據(jù)暫存器。 X、Y中的數(shù)據(jù)可來自通用寄存器，也可來自存儲(chǔ)器。Z中的數(shù)據(jù)可送往通用寄存器，也可送往存儲(chǔ)器。 3.控制器 為了實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)算機(jī)各部件的有效控制，快速準(zhǔn)確地取指令、分析指令和執(zhí)行指令，控制器通常由 指令寄存器IR 程序計(jì)數(shù)器PC 存儲(chǔ)器地址寄存器MAR 存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)寄存器MDR 指令譯碼器ID 控制電路 等幾部分組成，如圖5.4所示。 IR用于存放正在執(zhí)行或即將執(zhí)行的指令； PC用于存放下一條指令的存儲(chǔ)單元地址，它具有自動(dòng)增量計(jì)數(shù)的功能； MAR用于在訪存時(shí)緩存存儲(chǔ)單元的地址； MDR用于在訪存時(shí)緩存對(duì)存儲(chǔ)單元讀/寫的數(shù)據(jù)； ID用于對(duì)IR中的指令進(jìn)行譯碼，以確定IR中存放的是哪一條指令； 控制電路負(fù)責(zé)產(chǎn)生時(shí)序脈沖信號(hào)，并在時(shí)序脈沖的同步下對(duì)有關(guān)的部件發(fā)出操作控制命令，以控制各個(gè)部件的動(dòng)作。 5.2.2 微型計(jì)算機(jī)的組成 微型計(jì)算機(jī) =CPU+存儲(chǔ)器+I/0接口+輸入/輸出設(shè)備 主機(jī): 包含了除輸入/輸出設(shè)備以外的所有部件，是一個(gè)能獨(dú)立工作的系統(tǒng)，所以有時(shí)也將主機(jī)稱為微型計(jì)算機(jī)。 主板 CPU、存儲(chǔ)器、I/O接口電路之間用三組總線相連: 地址總線(AB： Address Bus) 數(shù)據(jù)總線(DB： Data Bus) 控制總線(CB： Control Bus) 地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線通常統(tǒng)稱為系統(tǒng)總線。 從傳輸方向上看，數(shù)據(jù)總線是雙向的，即數(shù)據(jù)可以從CPU傳送到其他部件，也可從其他部件傳送到CPU。 地址總線是單向的，即地址只能由CPU傳送到存儲(chǔ)器或I/O端口，用以給出CPU將要訪問的部件的地址。 控制總線中的信號(hào)線有的是單向的，也有的是雙向的。 5.4 計(jì)算機(jī)的工作過程 假設(shè)在某計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)中設(shè)計(jì)有如下的幾條指令： (1) LOAD R1, M1 (2) STORE M3, R1 (3) ADD R1, M2 (4) JMP L (1)是傳送類指令，其含義是將M1中的內(nèi)容裝入R1。 (2)也是傳送類指令，其含義是將R1的內(nèi)容存入M3中。 (3)是運(yùn)算類指令，其含義是將R1的內(nèi)容與M2中的內(nèi)容相加后存入R1。 (4)是轉(zhuǎn)移類指令，其含義是無條件轉(zhuǎn)向L處。 如果要求將M1的內(nèi)容與M2的內(nèi)容相加后存入M3(可表示為(M1)+(M2)→(M3))

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