chapter 5—计算机、微型计算机的组成及工作过程.ppt

第5章 计算机、微型计算机的组成及 工作过程 5.1 计算机及微型计算机的产生与发展 参见教材P118-P122 5.2 计算机及微型计算机的组成 5.2.1 计算机的组成 冯·诺依曼计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五部分组成，如图5.1所示。 1.存储器 计算机中的指令和数据都表现为二进制数码，他们必须被存入存储器的不同区域才能被区分。 为了准确地对存储器进行读或写，通常以字节(或以字)为单位将存储器划分为一个个存储单元，并依次对每一个存储单元赋予一个序号(从零开始的无符号整数)，该序号称为存储单元的地址。 存储单元中存放的数据或指令称为存储单元的内容。地址是识别存储器中不同存储单元的惟一标识，如图5.2所示。 存储单元的地址和内容都是二进制数码，但它们是完全不同的两个概念，如同高级语言中的变量名和变量的值是不同的两个概念一样。 地址的位数由控制器地址线的位数确定，每个存储单元中内容(数据或指令)的位数由设计计算机时对存储器的编址方法确定。 如果控制器有n条地址线，则它所能管理的存储单元最多为2n个。如果对存储器采用的是按字节编址，则每个存储单元只能存放8位二进制数码。 每个存储单元的地址都是惟一的，不同存储单元的地址互不相同。 每次读、写存储器时都必须先给出存储单元的地址，然后才能访问(读或写)存储单元中的内容。 2. 运算器 运算器是进行算术运算(如加、减、乘、除等)和逻辑运算(如非、与、或等)的装置. 通常由算术逻辑部件ALU，专用寄存器X、Y和Z，累加器，通用寄存器R0、R1、…、Rn-1以及标志寄存器F组成，如图5.3所示。 核心部件ALU用于完成算术运算和逻辑运算。 X、Y是ALU的输入寄存器，Z是ALU的输出寄存器。 F用于存放运算结果的状态，例如，结果是否为零，是正还是负，有无进位，是否溢出，等等。 ALU的功能是对X、Y中的数据进行运算，并将结果送到Z。 X、Y、Z是与ALU不可分的一部分，通常称为ALU的数据暂存器。 X、Y中的数据可来自通用寄存器，也可来自存储器。Z中的数据可送往通用寄存器，也可送往存储器。 3.控制器 为了实现对计算机各部件的有效控制，快速准确地取指令、分析指令和执行指令，控制器通常由 指令寄存器IR 程序计数器PC 存储器地址寄存器MAR 存储器数据寄存器MDR 指令译码器ID 控制电路 等几部分组成，如图5.4所示。 IR用于存放正在执行或即将执行的指令； PC用于存放下一条指令的存储单元地址，它具有自动增量计数的功能； MAR用于在访存时缓存存储单元的地址； MDR用于在访存时缓存对存储单元读/写的数据； ID用于对IR中的指令进行译码，以确定IR中存放的是哪一条指令； 控制电路负责产生时序脉冲信号，并在时序脉冲的同步下对有关的部件发出操作控制命令，以控制各个部件的动作。 5.2.2 微型计算机的组成 微型计算机 =CPU+存储器+I/0接口+输入/输出设备 主机: 包含了除输入/输出设备以外的所有部件，是一个能独立工作的系统，所以有时也将主机称为微型计算机。 主板 CPU、存储器、I/O接口电路之间用三组总线相连: 地址总线(AB： Address Bus) 数据总线(DB： Data Bus) 控制总线(CB： Control Bus) 地址总线、数据总线、控制总线通常统称为系统总线。 从传输方向上看，数据总线是双向的，即数据可以从CPU传送到其他部件，也可从其他部件传送到CPU。 地址总线是单向的，即地址只能由CPU传送到存储器或I/O端口，用以给出CPU将要访问的部件的地址。 控制总线中的信号线有的是单向的，也有的是双向的。 5.4 计算机的工作过程 假设在某计算机的指令系统中设计有如下的几条指令： (1) LOAD R1, M1 (2) STORE M3, R1 (3) ADD R1, M2 (4) JMP L (1)是传送类指令，其含义是将M1中的内容装入R1。 (2)也是传送类指令，其含义是将R1的内容存入M3中。 (3)是运算类指令，其含义是将R1的内容与M2中的内容相加后存入R1。 (4)是转移类指令，其含义是无条件转向L处。 如果要求将M1的内容与M2的内容相加后