第2章 计算机系统的硬件ppt课件.ppt

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1、本章要点与学习要求：CPU的组成和技术指标（2.1熟悉）主存储器的组成和技术指标（2.2掌握）辅助存储器的分类和特点（2.3熟悉）输入输出设备的分类　　（2.4掌握）输入输出控制方式　　　（2.4掌握）指令系统和总线（2.5熟悉）教学章节中央处理器（CPU）2.1主存储器2.2辅助存储器2.3输入/输出系统2.4计算机的整机结构2.5教学目的：中央处理器的组成及简单工作原理教学重点：运算器的组成部件：ALU、通用寄存器、FR等；控制器的组成部件：IR、PC、MOCU、ID等；CPU主要技术指标2.1中央处理器（CPU）教学引入我们知道，人身体中最重要的器官是大脑和

2、心脏，那么计算机核心部件是什么？返回下一页运算器：进行算术运算和逻辑运算。控制器：实现取指令、分析指令和执行指令（取得指令，进行分析，并产生控制信号）CPU的组成P46上一页返回下一页返回算术逻辑单元通用寄存器上一页下一页标志寄存器多路选择器2.1.1运算器P462．运算器的组成及工作原理ALU：算术逻辑单元，由加法器、逻辑运算电路组成。实现算术及逻辑运算。R1～R4：4个通用寄存器，可存放4个n位数据M1～M3：3个多路选择器。可从多个输入端中选择一个作为输出。FR：标志寄存器，用来寄存由运算结果所建立的标志。常用的标志有：·进位标志位（CF）·零标志位（Z

3、F）·符号标志位（SF）·溢出标志位（OF）·奇偶标志位（PF）这些标志可用作控制程序走向的条件。C7~C23：微操作控制信号。运算器的基本工作原理P48运算器的基本功能：算术运算和逻辑运算（1）传送操作：MOVR2,R1控制器将发出下列有效信号上一页返回下一页·C15，使R1中的数据通过M1到A。·C20,使A端输入的数据不经任何处理从ALU输出。·C23，使R1的各位数据直送到数据总线DBUS的对应位数据线上·C8，将数据总线DBUS上数据打入R2寄存器。*（二）加法操作：ADDR2，R1控制器将通过CBUS发出下列有效信号：运算器的基本工作原理（序）上一页返

4、回下一页·C15，使R1中的数据通过MUX1到A。·C17，使R2中的数据通过MUX2到B。·C21，在ALU中实现A+B，即S=R1+R2。·C23，使和S直送到DBUS。·C8，将DBUS上数据打入R2。*功能根据指令在存储器中的存放地址，从存储器中取出指令，进行分析，以判别取出的指令是一条什么指令。根据判别的结果，按一定的时序发出执行该指令所需要的一组操作控制信号。执行完一条指令后，自动从存储器中取出下一条要执行的指令。组成程序计数器PC、指令寄存器IR、指令译码器ID微操作控制部件MOCU时序部件TU2.1.2控制器P48上一页返回下一页程序计数器（PC）

5、用来存放指令地址。通常，指令按顺序执行，每执行完一条指令，程序计数器就自动加1（记为PC←PC+1）。当执行转移指令时，转移后的指令地址将被强制置入PC。指令寄存器（IR）用来存放从存储器取出的指令。其格式如下：操作码地址码/操作数设IR为16位，其中操作码占5位，则可编码的指令种类最多为25=32种。D指令译码器（ID）用来实现对指令操作码（）的译码，以识别本条指令所要执行的操作是什么操作。并“告诉”MOCU，以便MOCU发出相应的微操作控制信号Ci。时序部件（TU）在机器主频的触发下产生一定频率的时标信号，以控制一系列微操作的执行顺序。如将上述的传送指令（MO

6、VR2，R1）和加法指令（ADDR2，R1）所需要的微操作安排在T1～T4的时间中，如下表所示：时标MOVR2,R1ADDR2,R1微操作微命令微操作微命令T1R1→AC15R1→AR2→BC15C17T2MOVC20ADDC21T3M3→DBU5C23M3→DBU5C23T4DBU5→R2C8DBU5→R2C8微操作控制部件（MOCU）该部件综合了时序部件所产生的时标信号和指令译码器所产生的译码信号，发出取指令和执行指令所需要的一系列微操作信号。综合的方法如下：根据所建立的指令操作时间表，列出各微操作控制信号的逻辑表达式：C15=MOV·T1+ADD·T1C17

7、=ADD·T1C20=MOV·T2C21=ADD·T2C23=MOV·T3+ADD·T3C8=MOV·T4+ADD·T4用门电路实现上述逻辑表达式，如教材图2-3,2-4所示。图中，MOV，ADD是指令译码器产生的译码信号T1～T4是时序部件产生的时标信号微操作控制部件（MOCU）可有下列两种实现方案：·组合逻辑控制·微程序控制主频：CPU内部工作的时钟频率,是CPU运行运算时的工作频率。外频：主板上提供一个基准节拍供各部件使用，主板提供的节拍称为外频。倍频：CPU工作频率以外频的若干倍工作。CPU主频是外频的倍数称为CPU的倍频。这样CPU主频＝倍频×外频基本字

8、长：CPU