第三章 计算机硬件工作原理.ppt

第三章 计算机硬件工作原理 3.1.3 CPU 中的主要寄存器 CPU 中至少有这么六种寄存器: 1 DR:数据缓冲寄存器 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。 2. IR:指令寄存器 　　IR 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DR中，然后再传送至IR。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，必须对操作码进行测试，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。 3.PC:程序计数器 程序计数器的结构应当是具有寄存信息和计数两种功能的结构。 4.AR:地址寄存器 　　地址寄存器用来保存当前CPU所访问的内存单元的地址。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 。 5.AC:累加寄存器 　　累加寄存器AC通常简称为累加器，它是一个通用寄存器。其功能是：当运算器的算术逻辑单元ALU)执行算术或逻辑运算时，为ALU提供一个工作区。累加寄存器暂时存放ALU运算的结果信息。显然，运算器中至少要有一个累加寄存器。 　　目前CPU中的累加寄存器，多达16个，32个，甚至更多。当使用多个累加器时，就变成通用寄存器堆结构，其中任何一个可存放源操作数，也可存放结果操作数。在这种情况下，需要在指令格式中对寄存器号加以编址。 6. PSW:状态条件寄存器 　 　状态条件寄存器保存由算术指令和逻辑指令运行或测试的结果建立的各种条件码内容，如运算结果进位标志(C)，运算结果溢出标志（V)，运算结果为零标 志(Z)，运算结果为负标志(N)等等。这些标志位通常分别由 1位触发器保存。 　　除此之外，状态条件寄存器还保存中断和系统工作状态等信息，以便使CPU和系统能及时了解机器运行状态和程序运行状态。因此，状态条件寄存器是一个由各种状态条件标志拼凑而成的寄存器。 3.2 指令系统 指令、指令系统是计算机中一个最基本的概念。指令是指示计算机执行某些操作的命令，一台计算机的所有指令的集合构成该机的指令系统。指令系统是计算机的主要属性，位于硬件和软件的交界面上。本章将讨论一般计算机的指令系统所涉及的基本问题。 指令系统的特点 完备性 有效性 规整性 兼容性 3.1 指令格式 一台计算机指令格式的选择和确定要涉及多方面的因素，如指令长度、地址码结构以及操作码结构等，是一个很复杂的问题，它与计算机系统结构、数据表示方法、指令功能设计等都密切相关。 3.1.1 机器指令的基本格式 一条指令就是机器语言的一个语句，它是一组有意义的二进制代码。 2.三地址指令 (A1)OP(A2)→A3 (PC)+1→PC（隐含） 执行一条三地址的双操作数运算指令，至少需要访问4次主存。第一次取指令本身，第二次取被操作数，第三次取操作数，第四次保存运算结果。 3.二地址指令 (A1)OP(A2)→A1 (PC)+1→PC（隐含） 其中：A1为目的操作数地址，A2为源操作数地址。 二地址指令执行之后，目的操作数地址中原存的内容已被破坏了。 执行一条二地址的双操作数运算指令，同样至少需要访问4次主存。 4.一地址指令 (Acc)OP(A1)→Acc (PC)+1→PC（隐含） 执行一条一地址的双操作数运算指令，只需要访问两次主存。第一次取指令本身，第二次取操作数。被操作数和运算结果都放在累加寄存器中，所以读取和存入都不需要访问主存。 5.零地址指令 零地址的算逻类指令是用在堆栈计算机中的，堆栈计算机没有一般计算机中必备的通用寄存器，因此堆栈就成为提供操作数和保存运算结果的唯一场所。通常，参加算逻运算的两个操作数隐含地从堆栈顶部弹出，送到运算器中进行运算，运算的结果再隐含地压入堆栈。有关堆栈的