第3 章 计算机硬件基础(第4、5讲)

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1、第3章计算机硬件基础(第4、5讲)讲授：黄瑞兴7/15/20211第3章计算机硬件基础3.1计算机的基本组成3.2指令系统3.3中央处理器3.4存储器3.5输入输出系统3.6计算机的主要指标7/15/202123.1计算机的基本组成冯·诺依曼型计算机的设计思想:硬件结构由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备5大基本部分组成。输入设备输出设备外部设备接口控制器控制信号指令或数据外存储器主存储器运算器原始数据计算结果7/15/202133.1计算机的基本组成冯·诺依曼型计算机的设计思想(续):

2、程序和数据采用二进制表示、存储程序与程序控制(计算机的工作原理)存储程序即把事先编好的程序和所需要的数据通过输入设备送到内存或外存中保存;程序控制是指控制器从内存中逐一读取程序中指令，并按照每条指令的要求执行所规定的操作。7/15/202143.1计算机的基本组成微型计算机的组成框图外部设备微处理器CPU外设接口存储器数据总线地址总线控制总线7/15/202153.2指令系统计算机程序是由一系列的指令组成的，指令是引起计算机执行某种操作的最小的功能单位。换句话说，指令就是告诉计算机从事某一特殊运

3、算的命令代码。指令系统是指一台计算机中全部指令的集合，它反映了计算机所拥有的基本功能，决定了一个CPU能够运行什么样的程序。7/15/202163.2指令系统指令系统的作用指令格式与功能计算机硬件结构计算机系统软件计算机应用范围7/15/202173.2.1指令格式计算机指令由两部分组成，即操作码和地址码(个别指令除外)操作码告诉计算机应该进行什么操作地址码(操作数)告诉计算机参与操作的数据来自何处、操作结果又将送到什么地方。例：机器语言指令：1000101111000011汇编语言指令：MOV

4、AX,BX每条低级语言指令只完成一个基本操作。操作码地址码7/15/202183.2.1指令格式根据指令地址码(操作数)部分中显式指明的地址个数，则可形成如下地址指令。零地址指令：指令中不涉及地址或使用约定的地址。如停机指令、空操作指令、关中断及堆栈操作（默认为栈顶）指令。一地址(单地址)指令：指令中只涉及一个地址或还使用另一约定的地址。例如：寄存器内容加1、减1指令，指令中只表示一个源地址即可。7/15/202193.2.1指令格式指令地址码的地址个数(续)二地址指令：指令中指出目的地址和源地

5、址，其中目的地址还用于保存运算结果。三地址指令：指令中不仅要指出目的地址和源地址，还要指出保存运算结果的去处。7/15/2021103.2.2寻址方式寻址方式是指令中说明寻找操作数的方式，指出在哪里可以找到操作数。操作数不一定放在指令中，它可以放在其他地方。主机中通常可以存储数据的“容器”有寄存器和内存。寄存器存取速度快，但容量有限；内存容量大，但存取速度不如寄存器快；操作数可以放在寄存器或内存。可以直接给出寄存器和内存的地址，也可以用间接的方式，这就是寻址方式。7/15/2021113.2.2

6、寻址方式常见寻址方式：立即寻址、寄存器寻址、直接寻址、寄存器间接寻址等。2000H寄存器2000H1234H存储内容内存地址1.立即寻址4.寄存器间接寻址3.直接寻址2.寄存器寻址7/15/2021123.2.3指令分类按指令功能分数据传送指令：完成数据的传送算术运算指令：进行算术运算逻辑运算指令：进行逻辑运算位移指令：对寄存器或内存单元中的数据进行左移或右移输入输出指令：在CPU和外设之间进行数据的输入、输出控制转移指令：控制程序的转移。7/15/2021133.2.4指令举例序号汇编语言指令

7、机器语言指令指令功能存储地址机器指令1MOVAL,X2000A00100将X单元(001号)中的内容传送到AL寄存器中2ADDAL,Y200302060200将Y单元(002号)中的内容加到AL寄存器中3MOVSUM,AL2007A20300把AL寄存器中的和传送到SUM单元(003号)中4HLT200AF4停机7/15/2021143.2.5精简指令系统计算机复杂指令集计算机CISC早期的指令系统只有定点加减、逻辑运算、数据传送、转移等十几至几十条指令60年代后期，增加了乘除运算、浮点运算、十

8、进制运算、字符串处理等指令，指令数目多达一二百条，寻址方式也趋多样化；70年代末期，大多数计算机的指令系统多达几百条。7/15/2021153.2.5精简指令系统计算机复杂指令集计算机CISC采用进一步增强原有指令功能并设置更为复杂的指令使计算机系统具有更强的功能和更好的性能价格比的方法，就是称为复杂指令集计算机(ComplexInstructionSetComputer,CISC)指令设计风格。CISC的思路是由IBM公司提出的，以1964年研制的IBM360为代表。依该思路的机器指令系统将变