文档介绍：第二章计算机结构
外存
储器
内存
储器
输出
设备
输入
设备
控制器
运算器
注: 数据信号
控制信号
CPU
现代电子计算机的基本结构(冯氏计算机):
导言
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本章的主要内容是对计算机整个的体系结构
包括中央处理器(CPU : Central processing unit):指令系统、指令的执行、指令的执行的安排(如流水线技术)
存储系统:外存储器和内存储器
外围设备:鼠标、键盘、显示器等
输入输出方式:CPU与外围设备信息交流的方式
多处理器:并行体系结构的介绍
导言
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中央处理器
主要功能:
顺序控制
操作控制
时间同步
数据处理
主要部件:
控制器
运算器
寄存器组
微处理器将运算器、控制器和部分寄存器集成在一个芯片上,通常称之为中央处理部件。
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控制器
控制器的作用
控制器是协调并控制计算机的各个部件执行程序的指令序列。根据当前程序计数器寄存器的值,从RAM 中相应的地址取出指令,并将它们放到指令寄存器中;然后对指令进行译码,并根据译码的结果发送信号给数据总线(Data Bus),从RAM 中取出操作数,并发出适当的控制信号,控制运算器进行数据的处理。
控制器的组成
控制器由程序计数器PC、指令寄存器IR、指令译码器、时序产生器和操作控制器组成,它是发布命令的“决策机构”,即完成协调和指挥整个计算机系统的操作。它的主要功能有:
(1)从内存中取出一条指令,并指出下一条指令在内存中的位置;
(2)对指令进行译码或测试,并产生相应的操作控制信号,以便启动规定的动作;
(3)指挥并控制CPU、内存和输入/输出设备之间数据流动的方向。
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按设计和实现的途径可分为三类:
硬连线控制器(Hardwired Controller)
微程序控制器(Microprogrammed Controller)
门阵列控制器
中央处理器
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运算器
运算器由算术逻辑单元(ALU : Arithmetic-Logical Unit)、累加寄存器、数据缓冲寄存器和状态条件寄存器等组成。它是数据加工处理部件。
相对控制器而言,运算器接受控制器的命令而进行动作,即运算器所进行的全部操作都是由控制器发出的控制信号来指挥的,所以它是执行部件。运算器有两个主要功能:
(1)执行所有的算术运算;
(2)执行所有的逻辑运算,并进行逻辑测试,如零值测试或两个值的比较。
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寄存器
所谓寄存器(register),它是CPU内部用来存放数据的一些小型存储区域,用来暂时存放参与运算的数据、运算结果或者其他信息。
因其放置在CPU内部,存取速度方面比从内存存取要快,但是容量比内存也要小的多。
根据用户对寄存器是否可见(主要体现在可编程可访问上)将寄存器分为两类:
用户可见的寄存器 数据寄存器、地址寄存器
用户不可见的寄存器 程序计数器、指令寄存器、状态条件寄存器
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寄存器
(DR)
数据缓冲寄存器用来暂时存放由内存储器读出的一条指令或一个数据字;反之,当向内存存入一条指令或一个数据字时,也暂时将它们存放在数据缓冲寄存器中。
缓冲寄存器的作用是:
(1)作为CPU和内存、外部设备之间信息传送的中转站;
(2)补偿CPU和内存、外围设备之间在操作速度上的差别;
(3)在单累加器结构的运算器中,数据缓冲寄存器还可兼作为操作数寄存器。
(AR)
地址寄存器用来保存当前CPU所访问的数据或是指令的内存单元的地址。由于在内存和CPU之间存在着操作速度上的差别,所以必须使用地址寄存器来保持地址信息,直到内存的读/写操作完成为止。
:
30020H
12H
30021H
34H
30022H
ABH
30023H
CDH
30024H
EFH
:
内存地址
存放在内存中的数值
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寄存器
(IR)
指令寄存器用来保存当前正在执行的一条指令。当执行一条指令时,先把它从内存取到缓冲寄存器中,然后再传送至指令寄存器。指令划分为操作码和地址码字段,由二进制数字组成。为了执行任何给定的指令,必须对操作码进行翻译,以便识别所要求的操作。指令译码器就是做这项工作的。指令寄存器中操作码字段的输出就是指令译码器的输入。操作码一经译码后,即可向操作控制器发出具体操作的特定信号。
(PC)
为了保证程序能够连续地执行下去,CPU必须具有某些手段来确定下一条指令的地