文档介绍：第二章计算机的工作原理与指令系统
本章主要内容
计算机系统的硬件结构
计算机的五大主要部件、总线结构。
CPU的组成与工作原理
CPU的组成、工作原理,数据表示、编码和运算,CPU控制,x86结构。
内存的组成及读写原理
内存组成和基本结构,读写方式,内存与CPU的接口,堆栈操作。
指令系统
指令系统的概念,寻址,x86指令系统简介。
计算机的工作过程
CPU的基本工作过程
作业题 58页
1-5、7-12、14-16、18-21、25-27、33-35
计算机硬件技术基础
计算机系统的硬件结构 计算机的主要部件
计算机五大基本部件:
运算器
控制器
内存储器
输入设备
输出设备
外存储器
控制
数据
地址或指令
CPU
主
机
外
设
存储器
CPU
主
机
外
设
CPU = 运算器+控制器+寄存器
Central Processing Unit
MPU = 一块IC的CPU
Micro Processing Unit
⑴运算器
执行全部的算术和逻辑运算。
⑵控制器
计算机的控制中心,控制和同步其他各个部件。
⑶存储器
计算机的主要记忆部件,以字节为单位的、线性编址的二进制记忆部件。
⑷输入、输出设备
通过接口电路连接到总线的计算机外部设备。
计算机硬件技术基础
计算机的总线结构
总线(BUS):能为多个部件服务的公共信息传送线路,分时地发送与接收各部件的信息。
总线信息:地址信息(地址总线)、数据信息(数据总线)和控制信息(控制总线)
地址总线(AB):单向,用于向内存、外部端口传输地址信息。
数据总线(DB):双向,传输各种数据信息。
控制总线(CB):传输控制信息。包括读写、中断等。
系统总线
CPU
内存
接口
外部设备
接口
外部设备
….
单总线结构
计算机硬件技术基础
连接到总线上的设备主要有:
CPU ——一般情况下总线由CPU控制
内部存储器——是完全被动的总线设备
接口电路——所有外部设备必须通过接口电路连接到计算机,不同的接口电路可能拥有不同的端口地址、中断等。
总线的特点——公共性、高速性、标准性。
单总线和多总线
多总线——计算机系统中同时存在多条总线。目前微机算机中都是采用多总线结构。
解决不同的部件速度不一致的问题。
为存储器设计专用的数据通道。
兼容符合不同的总线标准的设备。
计算机的总线结构
计算机硬件技术基础
CPU的组成与工作原理
加法器的两个输入:累加器A、缓存器R。
加法器的输出:送入累加器A,也可以发送给数据总线。
完成算术运算和逻辑运算
CPU主要包括运算器和控制器
ALU:Arithmetic and logical Unit
⑴累加器A:N位的寄存器,用于保存运算过程中的有关数据。
⑵缓存器R(暂时寄存器):N位寄存器,接收来自累加器和数据总线的数据。
⑶加法器Σ:由N个全加器构成。
数据总线
加法器
暂存器 R
累加器A
暂存器
计算机硬件技术基础
中央处理器的基本构成
⑴程序计数器PC,又称指令计数器、指令指针(IP)
⑵指令寄存器IR
⑶指令译码器ID,又称操作码译码器、指令功能分析解释器。
⑷地址形成部件
⑸微操作信号发生器,确定完成指令所需要的步骤及完成每一步骤所需要的控制信号组合。
⑹时序部件,产生定时信号
计算机硬件技术基础
中央处理器的基本构成 ——CPU中的寄存器组
3. CPU中的寄存器组
按功能分有通用寄存器和专用寄存器
⑴通用寄存器
存放原始数据和运算结果
作为变址寄存器、计数器、地址指针等。
⑵专用寄存器
程序计数器PC、指令指针IP
指令寄存器IR等
状态标志寄存器,主要包括两部分内容:
状态标志,如:进位标志、结果为零标志等,大多数运算类指令的执行将会影响到这些标志位。
控制标志,如:中断标志、陷阱标志等。
计算机硬件技术基础
计算机中数据信息的表示
数字化信息编码的概念:
在计算机内一切信息必须进行数字化编码(即用二进制代码形式),才能在机内传送、存储和处理。
输入
电路
10110101
计算机
主机
10100010
输出
电路
二进制:只有0和1,记数按“逢二进一”规律,第k位权是2k。
二进制十进制
bnbn-1bn-2 ……b0 = dndn-1dn-2 …... d0 =
ΣbkX2k
k=0
n
ΣdkX10k
k=0
n
1011=1X23+0X22+1X21+1X20 325 = 3X102 +