[工学]哈工大计算机组成技术复习

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1、第三章电子计算机的工作原理3.1电子计算机的结构特点一、冯.诺伊曼体系结构冯.诺依曼结构计算机的组成和工作原理。CPU输入/输出设备运算器控制器存储器特点：1、由运算器、存储器、控制器和I/O设备组成；2、指令和数据以同等地位存放在存储器中，按地址寻访；3、指令和数据均以二进制表示；4、指令由操作码和数据组成，操作码用来表示操作的性质，地址码用来表示操作数存放在存储器中的地址；5、指令在存储器中顺序存放，顺序执行，特定情况下根据条件改变执行的顺序；6、机器以运算器为中心，输入/输出设备与存储器间的数据传送都通过运算器完成。二、中央处理器(CPU)的组成1、运算器：运算器由算术逻辑部件(A

2、LU)和一些寄存器组成，是直接进行数据交换和运算的部件；2、控制单元：控制单元用来指挥和控制程序和数据的输入、运行和处理。3、寄存器：寄存器组：用于存储数据；累加器(ACC)：提供给ALU的两个操作数之一，并存储计算结果；标志寄存器(FR)：用于存储某些重要的状态和特征，每个状态用一位标志；程序寄存器：用于存放下一条要执行指令的地址码；指令寄存器：存放当前要执行的指令，由指令译码器进行译码，确定应进行什么操作，通过操作控制器产生相应的控制信号。地址寄存器、数据寄存器。4、协处理器：三、冯.诺伊曼结构的演化1.控制部件设计的多样化a)用逻辑电路设计实现；b)微程序设计实现。2.采用总线结构

3、总线：是连接各部件的一组公共信号线，是传送信号和代码的公共通道。第51页共51页所谓总线实际上就是一组信号连线，每个计算机部件都要与这组信号向相连，每根信号线只有两个状态，高电平和低电平。这种总线称为外部总线或系统总线，系统总线中的信号线根据其功能的不同又可以分为三类：1)数据总线：用来传输各功能部件之间的数据信息，是双向传输总线，位数与机器字长有关；2)地址总线：用来指出数据总线上的源数据或目的数据在主存中的地址，是单向传输总线，地址总线的个数与存储器单元的个数有关，称为寻址能力；3)控制总线：用来发出各种控制信号的传输线，每一根控制总线是单向的。常见的控制总线有：1）时钟，2）复位，

4、3）中断请求，4）存储器读、写，5）I/O读、写。由于数据总线是双向总线，每个部件都可以向数据总线上发出数据信号，也可以接收数据总线上数据信号。同一时刻只能有一个部件发出数据信号，其它部件可以接收数据信号。一般来说，每一次的数据传输都是CPU与某一个特定的部件之间的数据传输，其它部件需要与数据总线“断开”，这就需要有一个三态门来实现。控制端输入输出00001110高阻抗11高阻抗利用三态缓冲器就可以实现器件与总线之间的“开”和“关”，输入和输出分别与器件和总线的数据线相连，控制端由控制线和地址线组合逻辑产生。同样利用三态缓冲器也可以实现双向的数据总线。（P47，图3.4）1.以存储器为中

5、心现代计算机已经从以运算器为中心转化为以存储器为中心。存储器用来存放数据和程序。主存第51页共51页储器可以分为随机存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。主存储器通过数据总线、地址总线和控制总线同CPU相连。对主存储的操作分为两种：读操作和写操作。读操作是从存储器中取出信息的过程；写操作时将信息写入存储器的过程。在主存储器中包含大量的存储单元，每个存储单元可以存储一个数据，数据长度可以是8位，16位，32位或64位。CPU每一次只能对存储器中的一个存储单元进行读操作或写操作，CPU通过地址总线将一组地址信号发送到地址译码器，地址译码器译出该地址，选中相应的存储单元，然后CPU在发出一个

6、读信号或写信号，读写信号用来控制数据传送的方向。（参考图3.4中的C1和C2信号）CPU对存储器的读写过程参考p48,p49，图3.5和3.4。1.输入/输出系统功能的加强3.2指令系统前面我们了解了计算机的基本结构，那么我们如何指挥计算机来完成某项工作哪？这就需要向计算机（CPU）发出一系列的指令，CPU执行这些指令来完成某项工作。一般来说CPU只能完成一些简单的、基本的操作，每一个基本操作称作一个指令，CPU所能够执行的所有指令是有限的，这些指令构成的集合称为指令系统。每一个CPU的指令系统都是不同的。一、指令系统的基本概念机器指令：命令机器做某种操作的一条语句称为一个机器指令。指令

7、是CPU唯一能识别的语言。指令在计算机内部是以2进制的数码来表示的，位数可以是8位、16位、32位等等。每一条指令的执行一般都是由一个特定的硬件电路或一组硬件电路来实现。指令系统：全部机器指令的集合称为指令系统。二、指令格式操作码：是一条指令的操作类型或作用；操作数：代表需要处理的数，或参与操作数的地址。在一条指令中，操作码有且只能有一个，而操作数可以不止一个，也可以一个没有。有些计算机系统中要求每条指令的位数是相同的，有些计算机系