计算机硬件系统组成.ppt

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1、计算机硬件系统组成运算器控制器主存储器输入设备输出设备总线和入出接口高速缓存虚拟存储器(磁盘设备)第6章中央处理部件（CPU）6.1中央处理其结构中央理器简称CPU，是用来实现运算和控制功能的部件，由运算器、控制器和寄存器3部分组成。运算器用于完成数据的算术和逻辑运算。CPU内部的寄存器用来暂存参加运算的操作数和运算结果。控制器通常由指令寄存器、指令译码器和控制电路组成。指令是一组二进制编码信息，主要包括两个内容：一是告诉计算机进行什么操作；二是指出操作数或操作数地址。控制电路根据指令的要求向微型机各部件发出一系列相应的控制信息，使它们协调有序地工作。第6章

2、中央处理部件（CPU）6.1中央处理其结构一、结构框图指令部件时序部件条件状态寄存器算逻部件控制信号形成部件ABDBCB二、各部件功能当用计算机解决某个问题时，我们首先必须为它编写程序。程序是一个指令序列，这个序列明确告诉计算机应该执行什么操作，在什么地方找到用来操作的数据。一旦把程序装入内存储器，就可以由计算机来自动完成取出指令和执行指令的任务。专门用来完成此项工作的计算机部件就是中央处理器（CPU）。　　　　CPU对整个计算机系统的运行是极其重要的，它具有如下四方面的基本功能：（一）指令控制程序的顺序控制称为指令控制。由于程序是一个指令序列，这些指令

3、的相互顺序不能任意颠倒，必须严格按程序规定的顺序进行。（二）操作控制一条指令的功能往往是由若干个操作信号的组合来实现的，因此，CPU管理并产生由内存取出的每条指令的操作信号，把各种操作信号送往相应的部件，从而控制这些部件按指令的要求进行动作。（三）时间控制对各种操作实施时间上的定时称为时间控制。在计算机中，各种指令的操作信号以及一条指令的整个执行过程都受到时间的严格定时。（四）数据加工数据加工就是对数据进行算术运算和逻辑运算处理。6.2控制器一、控制器的分类微程序的控制器硬布线的控制器计算机的功能是执行程序程序是依次排列起来的指令代码控制器的功能就

4、在于正确且自动地连续执行指令正确地分步完成每一条指令规定的功能再进一步说，就是向计算机各功能部件发出协调运行每一步所需要的控制信号每条指令的执行步骤—读取指令指令地址送入主存地址寄存器读主存，读出内容送入指定的寄存器—分析指令—按指令规定内容执行指令不同指令的操作步骤数，和具体操作内容差异很大—检查有无中断请求若有，则转中断处理若无，则转入下一条指令的执行过程形成下一条指令地址6.2控制器二、控制器的功能（一）取指令：（二）分析指令：（三）执行指令：（四）I/O操作：（五）处理异常：三、控制器的组成根据对控制器的功能分析，得出控制器的基本组成如下

5、：（一）程序计数器（PC）：为了保证程序能够连续地执行下去，CPU必须具有某些手段来确定下一条指令的地址。而程序计数器正是起到这种作用，所以通常又称为指令计数器。在程序开始执行前，必须将它的起始地址，即程序的第一条指令所在的内存单元地址送入PC，因此PC的内容即是从内存提取的第一条指令的地址。当执行指令时，CPU将自动修改PC的内容，以便使其保持的总是将要执行的下一条指令的地址。由于大多数指令都是按顺序来执行的，所以修改的过程通常只是简单的对PC加1。但是，当遇到转移指令如JMP指令时，那么后继指令的地址（即PC的内容)必须从指令的地址段取得。在这种情况下

6、，下一条从内存取出的指令将由转移指令来规定，而不是像通常一样按顺序来取得。因此程序计数器的结构应当是具有寄存信息和计数两种功能的结构。（二）地址寄存器（AR）：地址寄存器用来保存当前CPU所访问的内存单元的地址。由于在内存和CPU之间存在着操作速度上的差别，所以必须使用地址寄存器来保持地址信息，直到内存的读/写操作完成为止。　　当CPU和内存进行信息交换，即CPU向内存存/取数据时，或者CPU从内存中读出指令时，都要使用地址寄存器和数据缓冲寄存器。同样，如果我们把外围设备的设备地址作为象内存的地址单元那样来看待，那么，当CPU和外围设备交换信息时，我们同

7、样使用地址寄存器和数据缓冲寄存器。（三）数据缓冲寄存器（DR）：数据缓冲寄存器用来暂时存放由内存储器读出的一条指令或一个数据字；反之，当向内存存入一条指令或一个数据字时，也暂时将它们存放在数据缓冲寄存器中。　　缓冲寄存器的作用是：(1)作为CPU和内存、外部设备之间信息传送的中转站；(2)补偿CPU和内存、外围设备之间在操作速度上的差别；(3)在单累加器结构的运算器中，数据缓冲寄存器还可兼作为操作数寄存器。（四）指令寄存器（IR）指令寄存器用来保存当前正在执行的一条指令。当执行一条指令时，先把它从内存取到缓冲寄存器中，然后再传送至指令寄存器。指令划

8、分为操作码和地址码字段，由二进制数字组成。为了执行任