[理学]第1章 计算机组成原理-1.ppt

随堂练习7 以下关于CPU的叙述中，正确的是 。 一台计算机只能有一个CPU 只有CPU才能运行程序 CPU是直接与系统总线连接的部件 CPU能直接读取外存储器上存储的数据 C 计算机科学的迅速发展使之变成一个巨大的花毯，它由来自全世界的数以万计的智者所奉献的数以万计的精妙结果织成。 ——唐纳德.克努特 1974年图灵奖获得者 * * * * * * * （Million FLOating instructions Per Second ） 二、CPU的结构与原理 主要内容 CPU的内部结构与工作原理 指令、指令系统及指令的执行过程 CPU的性能指标 1 、CPU的结构 冯.诺依曼计算机的基本工作原理： “存储程序控制” 存储程序： 将可以由计算机执行的一个程序预先存储在计算机的存储器中。 程序控制： 由当前所执行的指令来决定计算机的各硬件部件如何动作，以完成特定的信息处理任务。 计算机的基本工作原理 指令: 可以被计算机理解并执行的基本操作命令。 程序: 一个可执行的指令序列。 指令与数据的形式：二进制编码。 指令和程序 程序在计算机中的执行过程 外存储器 指令1 指令2 …… 指令k …… 指令n 数据1 数据2 …… 数据m 内存储器 程序 数据 1.任务启动时，执行该任务的程序和数据将从外存成批传送到内存 3.逐条执行指令，按指令要求完成对数据的运算和处理 CPU 2.CPU从内存中逐条读取该程序的指令及相关的数据 4.将指令的运算处理结果送回内存保存 5.任务完成后，将处理得到的全部结果成批传送到外存以长久保存 CPU的任务 CPU的主要任务是执行指令， 按照指令的要求完成对数据的运算和处理。 CPU的主要内部部件 运算器： 执行单元。对数据进行各种算术运算和逻辑运算。 控制器： 取指令，解释指令的含义（指令译码）产生控制其它部件的操作控制信号，记录内部状态。 寄存器组： 临时存放参加运算的数据和得到的中间结果。 ALU A B C D E F G H 5 3 8 5 3 8 CPU内部寄存器的作用举例 将寄存器F的内容（这里为5）加至ALU的一个输入端 将寄存器D的内容（这里为3）加至ALU的另一个输入端 ALU执行加法，输出结果（这里为8） 结果被送回到另一个寄存器B暂存 注意，寄存器在CPU的内部，数量不多，但是存取速度极高 CPU的组成及其与内存的关系 寄存器组 运算器 指 令 数 据 中央处理器 操作命令 内 存 储 器 指令地址 指令计数器 指令寄存器 控制器 2 、 指令与指令系统 指令的定义 ( 机器指令） 使用二进制编码表示的操作命令（称为计算机的“机器语言”）。 用机器指令编写的程序中的每一条指令都可以直接被控制器译码产生执行指令所需的控制信号。 每一种类型的CPU都有它自己独特的一组指令 指令 大多数情况下，指令由两个部分组成： 操作码 表示计算机应执行的操作二进制代码。 ? 操作数 表示该指令所处理的数据或数据所在存储器的位置代码（寄存器代码或内存储器单元地址） 操作码 操作数 指令的格式 计算机工作时，周而复始执行如下过程： 取指令：CPU依次从存储器中取出一个程序中的各条指令； 指令译码：对指令的功能进行分析； 取数：按指令的功能从内存取出数据； 运算：对数据进行运算处理； 存数：保存运算结果； 为取下条指令做好准备。 直到取到并执行了停机指令为止。至此完成程序的一次运行。 指令执行过程 指令的种类 根据指令功能 数据传送指令 算术运算指令 逻辑运算指令 移位指令 位（位串）操作指令 输入/输出指令 转移指令 等 指令系统定义 一个CPU所能执行的全部指令称为该CPU的指令系统或指令组。 指令系统中有数以百计的不同的指令。 机器语言程序 用指令系统中的指令编写的可执行程序。 　　 指令系统 指令系统的兼容 “兼容”：不同厂家、不同型号的计算机使用了相同的指令系统。 每种类型的CPU都有自己的指令系统，某一类计算机的可执行程序代码未必能在其他计算机上运行，这个问题称之为计算机的“兼容性”问题。 例如: Intel公司Pentium微处理器兼容AMD等公司微处理器(后者的内部设计与Pentium相同，指令系统完全一致） Motorola公司的PowerPC微处理器（美国苹果公司生产的Macintosh中用作CPU）不兼容Intel公司Pentium处理器。 指令系统的向下（前）兼容 同一公司的微处理器产品，新型号通常“向下（前）兼容”旧型号。新型号的处理器的指令系统在旧型号处理器指令系统基础上进行扩充。 例如： Intel公司的微处理器产品的发展过程为： 8088（8086）→8028