计算机组织与系统结构 季福坤 第2章

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1、第2章计算机体系结构本章学习目标本章将介绍计算机指令系统与汇编语言的一些基本概念；计算机的基本组成；CPU的组成、存储器系统的组成、输入/输出系统等。通过本章的学习，应该重点掌握和理解以下内容：了解计算指令系统掌握计算机的总线结构、时钟与指令周期掌握CPU的组成结构掌握存储器系统的组成与接口电路掌握I/O系统的组成与接口电路了解一个简单的计算机系统模型7/24/20211第二章2.1计算机指令系统与汇编语言2.2基本的计算机组成2.3CPU的组成2.4存储器组成系统与接口退出第2章计算机体系结构2.5输入/输出系统及接口电路2.6一个简单的计

2、算机模型2.7基于INTEL8086/8088的计算机系统7/24/20212第一章2.1.1计算机指令与汇编语言2.1.2指令系统初步退出2.1计算机指令系统与汇编语言7/24/20213第一章2.1计算机指令系统与汇编语言2.1.1计算机指令与汇编语言计算机能直接识别和运行的软件程序通常由该计算机的指令代码组成。计算机的指令，就是要计算机执行某种操作的命令。计算机的程序，就是人们把需要用计算机解决的问题变换成计算机能够识别的一串指令或语句。一般来说，可以选择三种同层次的计算机语言来编写程序，即机器语言、汇编语言和高级语言。机器语言是一种用

3、二进制符号表示指令和数据，能被机器直接识别的计算机语言。在计算机出现的早期，人们都是使用机器语言编写程序的。它的缺点是不直观、不易理解和记忆，因此编写、阅读和修改机器语言程序比较繁琐。但机器语言程序是计算机惟一能够直接理解和执行的程序，具有执行速度快、占用内存少等特点。1.机器语言（MachineLanguage）7/24/20214第二章汇编语言是一种采用助记符表示的程序设计语言，即用助记符来表示指令的操作码和操作数，用标号或符号代表地址、常量或变量。助记符一般都是用英文字母的缩写，以方便人们书写、阅读和检查。实际上，用汇编语言编写的汇编语

4、言源程序就是机器语言程序的符号表示，汇编语言源程序与其经过汇编所产生的目标程序（即机器语言程序）之间有明显的一一对应关系，所以也称汇编语言为符号语言。用汇编语言编写的源程序需要翻译成目标程序才能被机器执行，这个翻译过程称为汇编，完成汇编任务的程序称为汇编程序。不同的机器有不同的指令，每一种微处理器都有自己的汇编语言。所以用汇编语言编写的程序不能在其他类型的机器上运行。2.汇编语言（AssemblyLanguage）7/24/20215第二章如果说机器语言是面向机器的，那么高级语言（如BASIC、FORTRAN等）则是面向过程的语言。利用这些语

5、言编程，程序员可以完全不考虑机器的结构特点，不必了解和熟悉机器的指令系统，仅使用一些接近人们书写习惯的英语和数学表达式形式的语句去编制程序。这样编写的程序与问题本身的数学模型之间有着良好的对应关系，可在各种机器上执行（不同机器之间仅做少量的修改）。但是，这种用高级语言编写的源程序并不能在机器的直接执行，需要被翻译成对应的目标程序，机器才能运行。把具有这种翻译作用的程序称为解释程序或汇编程序。3.高级语言（HighLanguage）7/24/20216第二章2.1.2指令系统初步一台计算机中所有机器指令的集合，称为这台计算机的指令系统。指令系统

6、是表征一台计算机性能的重要因素，它的格式与功能不仅直接影响到机器的硬件结构，而且也直接影响到系统软件，影响到机器的适用范围。在20世纪50年代和60年代早期，由于计算机采用电子管或晶体管，不但体积庞大，而且价格昂贵，因此大多数计算的硬件结构比较简单。所支持的指令系统一般只有定点加减、逻辑运算、数据传送和转移等十几至几十条指令，并且寻址方式简单。60年代中期以后，随着集成电路的出现，计算机的价格不断下降，硬件功能不断增强，指令系统也越来越丰富。除了具有以上最基本的指令外，还增加了乘除法运算指令、浮点运算指令、十进制运算指令以及字符串处理指令等，

7、指令数目多达一、二百条，寻址方式也趋于多样化。7/24/20217第二章随着集成电路的发展和计算机应用领域的不断扩大，计算的软件价格不断提高。为了继承已有的软件，减少软件的开发费用，人们迫切希望各种机器上的软件能够兼容，以便在旧机器上编制的各种软件能在新的、性能更好的机器上运行，因此60年代后期出现了系列（series）计算机.。所谓系列计算机，是指基本指令相同、基本体系结构相同的一系列计算机。计算机发展至今，其硬件结构随着超大规模集成电路（VLSI）技术的飞速发展而越来越复杂化，所支持的指令系统也趋于多用途、强功能化。大多数计算机的指令系统

8、多达几百条指令。我们称这些计算机为复杂指令系统计算机，简称CISC。然而，指令系统的过分复杂也会带来一些不利因素，如设计周期长，正确性难以保证且不易维护等，为此人们