PPT《第三章 计算机核心部件及其 工作原理》

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 高阻抗

0 1 高阻抗

1 1

1 1

0 0

0 0 输出 输入 控制端 D3 D2 D1 D0 D3 D2 D1 D0 来自CPU 来自存储器 C1 C2

0 1 存储器成为计算机的中心 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: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

111 停机

110 存数

101 取数

100 逻辑与

011 除法

010 乘法

001 减法

000 加法 操作码编码(二进制) 操作(助记符) 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12 c

11 b

10 a

9 x

8 停机

000110 7 打印

0000001100 000101

6 存数

0000001100 000010

5 加c得(ax+b)x+c-

0000001011 000011

4 乘x得(ax+b)x->

A

0000001000 000100

3 加b得ax+b->

ACC