计算机硬件(第2章原理)分解.ppt

2.1 计算机系统的硬件结构2.1.1 计算机的主要部件 计算机五大基本部件： 2.1.2 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。 2.2 CPU的组成与工作原理 2.2.1 中央处理器的基本构成 2.控制器 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 2.2.1 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。 2.2.2 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。 2.2.2 计算机中数据信息的表示——原码、反码和补码 三种机器数的比较 ⑴ 对于正数它们相等，而对于负数各有不同的表示。 ⑵ 补码和反码的符号位可作为数值位的一部分看待，但原码的符号位不允许和数值位同等看待。 ⑶ 原码和反码各有两种零的表示法，而补码具有唯一的一种零的表示法。 ⑷ 原码、反码表示的正、负数范围相对零来说是对称的，但补码负数表示范围较正数表示范围宽。 2.2.2 计算机中数据信息的表示——原码、反码和补码 符号扩展：如将8位转换为16位 原码的符号扩展 正数：0010 1001→ 0000 0000 0010 1001 负数：1010 1001→ 1000 0000 0010 1001 反码的符号扩展 正数：0010 1001→ 0000 0000 0010 1001 负数：1010 1001→ 1111 1111 1010 1001 补码的符号扩展 正数：0010 1001→ 0000 0000 0010 1001 负数：1010 1001→ 1111 1111 1010 1001 80X86有符号扩展的专用指令。 2.2.3 算术运算与逻辑运算的实现——逻辑运算 逻辑运算 一般CPU有与、或、非、异或等逻辑指令。逻辑运算是按位进行的，位与位之间没有进位/借位的关系。 2.2.4 控制信号的产生 1. 时序系统 与CPU时序有关的基本概念 指令周期：一条指令从取出、分析、取数到执行完该指令所需的全部时间。不同指令的指令周期可能不同。 机器周期：每个机器周期完成一个任务(指令中的一个步骤)。若干个机器周期组成一个指令周期。 时钟周期：时钟脉冲信号的间隔时间称为时钟周期，CPU的任何操作都是在时钟脉冲的统一控制下一步一步地进行的。机器周期由若干时钟周期组成。 总线周期：在微型计算机中，CPU与外部系统（内存或外设）的信息交换都是通过总线进行的，将CPU一次访问（即读或写）内存或外设所花费的时间，称为总线周期。 2.2.4 控制信号的产生——控制电路的硬件实现方法 2．控制器电路的硬件实现方法 控制器的核心是微操作信号发生器，它的输入是译码后的指令操作码，输出是微操作控制命令。微操作信号发生器的两种实现方法： 硬布线控制器 硬布线控制器，采用组合逻辑技术实现，特点： 指令执行速度快 微操作信号发生器的结构不规整，设计、调试困难，难以实现设计自动化。 微程序控制器 把微操作控制命令代码化，用微指令实现机器指令，特点： 设计规整、调试以及更改、扩充指令方便，易于实现自动化设计。 增加了一级控制内存，指令的执行速度比硬布线控制器慢。 2.2.5 典型CPU的总体结构——8086的内部结构 由两个独立的部件：执行部件EU和总线接口部件BIU构成。 2.2.5 典型CPU的总体结构——8086的内部结构 ⑴ 执行部件EU —— 负责执行指令 完成取指令(内部)、译码、产生指令所需的各种控制信号。 ALU进