1计算机的基本结构和工作原理.ppt

4．2 计算机的工作原理 冯·诺依曼机工作原理：存储程序和程序控制 存储程序 指人们必须事先把计算机的执行步骤序列（即程序）及运行中所需的数据，通过一定方式输入并存储在计算机的存储器中。 程序控制 指计算机运行时能自动地逐一取出程序中一条条指令，加以分析并执行规定的操作。 计算机是依靠硬件和软件的配合进行工作的，计算机工作过程就是指令、程序的执行过程。 4．2．1指令和指令系统 1）指令 能够被计算机识别并执行的命令称为指令，指令规定了计算机能完成的某一种操作。 指令由二进制代码组成，可像数据一样存放在计算机的存储器中。一条指令一般包含操作码和操作数两部分。 操作码指明该指令要完成的操作，例如，加法、减法、乘法、除法、取数、存数等。 操作数表示操作对象的内容或所在的存储单元地址。操作数的个数可以是1个、多个或0个（例如停机指令不需要操作数的信息）。 2）指令系统 指令系统：指一台计算机所能执行的全部指令的集合，或称该计算机的机器语言指令系统。 按其功能都可将指令系统分为以下几种类型： （1）数据传送指令 实现数据在内存与CPU之间的传送。 （2）数据处理指令 实现对数据进行算术运算和逻辑运算。 （3）程序控制指令 实现改变程序执行顺序的功能。 （4）输入输出指令 实现CPU与外部设备之间的数据交换。 （5）其他指令 实现对计算机硬件的管理。 3）（汇编语言）程序 为解决某一个问题而设计的指令序列称为程序。 当人们需要用计算机来解决某个问题时，首先要将问题分解为若干个基本操作，并把每一种基本操作转换成相应的指令，按一定的顺序进行编排。当计算机执行这一指令序列时，就完成了预定的任务。 一台计算机的指令种类是有限的，但是通过人们的精心设计，可以编写出完成各种不同类型问题的程序。 4．2．2 指令的执行过程 计算机执行一条指令的过程可以分为几个基本的步骤： （1）取指令 根据程序计数器中的地址，从内存储器中取出指令，并送到指令寄存器中。 （2）分析指令 对指令寄存器中的指令进行分析，由译码器对指令中的操作码部分进行译码，得知该条指令要完成什么样的操作，并转换成相应的控制电位信号；由操作数部分得到操作数。 （3）执行指令 由操作控制线路发出完成该操作所需要的一系列控制信号，执行该指令所要求的操作。 （4）取下一条指令，一条指令执行完成后，将下一条要执行的指令地址送入程序计数器。这有两种情况，若按指令的顺序执行，则将程序计数器加1；若发生转移，则将转移地址码送入程序计数器。 图4.23 程序执行过程 以 8086 CPU中的一条加法指令 ADD AX,NUM 为例来分析其执行过程 设该指令存放在地址为0200H 的存储单元中。指令中各部分的含义是： ADD 加法的操作码。 AX 一个通用的寄存器，也称为累加器。AX 既提供操作对象，也用来存放运算结果。 NUM 一个变量或变量的地址，该变量的值是加法运算的另一个操作对象。 所以，该指令执行的操作可以表示成：AX ← (AX)+(NUM) 第1步，根据程序计数器PC中的地址0200H从内存储器中取出指令，并送入指令寄存器 第2步，对指令寄存器中的指令进行分析，由译码器译码得知该指令需做加法操作，其中一个操作数在累加器AX中（假设为12），另一个操作数的地址为NUM。 第3步，由地址NUM从内存储器中取出操作数23，送往运算器。 第4步，累加器AX中的操作数12送往运算器,进行加法运算。 第5步，加法运算的结果35，送入累加器中。 第6步，程序计数器PC的值调整为下一条要执行的指令地址。 如果取指令、分析指令和执行指令这三个步骤由不同的功能部件来完成，而且使三个功能部件并行工作，计算机执行程序的速度将大大提高。 当第1条指令被取出进入指令分析部件时，取指令部件可从内存储器中取出第2条指令；而当第1条指令进入指令执行部件时，分析指令部件将对第2条指令进行分析，取指令部件又将取出第3条指令。 大学计算机基础 第一讲 4.1 计算机的基本结构 4.1.1 计算机的逻辑（功能）结构 一个完整的计算机系统是由硬件系统和软件系统组成的，人类通过计算机软件使用计算机。通过软件的包装，人们可以不必太多地了解机器本身的结构与原理，就可以方便灵活地使用计算机。 认识和理解计算机硬件系统的基本构成和工作原理，有利于在此基础上更好地理解软件系统中的各种概念，以及各种操作要求的必然性。从而，深刻认识计算机及其操作使用。 硬件（Hardware）系统是构成计算机的物理装置，是看得见、摸得着的一些实实在在的有形实体。硬件是整个系统运行的物理平台，计算机的性能，如运算速度、存储容量、计算精度、可靠性等，很大程度上取决