计算机组成原理2010年,2010年3月_计算机组成原理.doc

第一章 计算机系统概论

1．1 计算机系统简介

1．1．1 计算机系统

(1) 计算机系统： 硬件 (计算机的实体，如主机，外设等)

软件 (由具有各类特殊功能的信息(程序)组成

(2) 软件：系统软件 (用来管理整个计算机系统)

语言处理程序

操作系统

服务性程序

数据库管理系统

网络软件

应用软件 (按任务需要编制成的各种程序)

1．1．2计算机系的层次结构

(1) 高级语言程序->{翻译->目标程序->运行}->结果

高级语言 虚拟机器 M3

汇编语言 虚拟机器 M2

操作系统 虚拟机器

机器语言 虚拟机器 M1

微指令系统 微程序机器 M0

虚拟机器 M4 (用编译程序翻译成汇编语言程序)

虚拟机器 M3 (用汇编程序翻译成机器语言程序)

虚拟机器 M2 (用机器语言解释操作系统)

-------------软件部分----------

实际机器 M1 (用微指令解释机器指令)

微程序机器 M0 (由硬件直接执行微指令)

-------------硬件部分-----------

(2) 高级语言翻译成机器语言程序的软件称为翻译程序。

翻译程序有两种：编译程序(是将用户编写的高级语言程序即源程序的全部语句一次全部翻译成机器语言程序；解释程序(是将源程序的一条语句翻译成对应于机器语言的一条语句，并且立即执行这条语句，接着翻译源程序的下一条语句，并执行这条语句)。

M1与M2之间还有一级虚拟机，它是由操作系统构成的。操作系统提供了在汇编语言和高级语言的使用和实现过程中所需的某些基一操作，还起到控制并管理计算机系统全部硬件和软件资源泉的作用，为用户使用计算机系统题供极为方便的条件。

(4) M5是为使计算机满足某种用途而专用设计的，该语言是面向问题的语言，用于人工智能和计算机设计方面。

1.1.3 计算机组成和计算机体系结构

(1) 体系结构是指计算机系统的属性，即概令性的结构与功能特性。

属性通常是指：指令集、数据类型、存储器寻址技术、I/O机理等抽象的属性。

(2) 组成是指如何实现计算机体系结构所体现的属性，说明了就是硬件细节。

1．2 计算机的基本组成

1．2．1 计算机特点有硬件图

(1) “存储程序”的概念。

计算机由运算器、存储器、控制器、输入输出设备。

指令和数据以同等地位存放于存储器内，并可按地址寻仿。

指令和数据均用二进制数表示。

指令由操作码和地址码组成。

指令在存储器内按顺序存放。

机器以运算器为中心，输入输出设备间的数据传送通过运算器完成。

→控制线

-(反馈线

=>数据线

(2) 由于运算器和控制器在逻辑关系和电路结构上联系十分紧密，尤其是在大规模电路制作工艺出现后迪两部件往往集成在同一芯片上，合起来统称为中央处理器。

1．2．3 计算机的工作步骤

(1) 建立数学模型

(2) 确定计算方法

(3) 编制解题程序

操作码表：

操作码操作性质具体内容00001取数将指令地址码指示的存储单元中的操作数取到远算器的累加器ACC中。00010存数将ACC中的数存至指令地址码指示的存储单元中。00011加将ACC中数与指令地址码指示的存储单元中的数相加，结果存于ACC中。000100乘同上000101打印将指令地址码指示的存诸单元中的操作数打印输出。000110停机计算机的工作过程：

主存储器 (包括存储体M、各种逻辑部件及控制电路等)。储存体由许多存储单元组成，每个存储单元又包含若干个存储元件(基元或存储元)，每个存储元件能寄存一位二进制代码0和1。存储单元字长可是8、16、32位等。

如果把一个存储体看做一栋大楼，那么每个存储单元可看做大楼中的每个房间，每个存储元可看做每个房间中的一张床位，亲位有人相当于”1”，无人相当于”0”。床位数相当于存储字长。显然，每个房间都需要有一个房间编号，同样可以赋予每个存储单元一个编号，称为存储单元的地址号。

主存的工作方式就是按存储单元的地址号来实现对存储字各位的存(写入)、取(读取)。这种存取称为按地址存取方式，即按地址访问存储器(称访存)。

为了能实现按地址访问的方式，主存中还必须配置两个寄存器MAR和MDR。MAR是存储器地址寄存器，用来存放欲访问的存储单元的地址，其位数对应存储单元的个数。MDR是存储器数据寄存器，用来存放从存储体某单元取出的代码或者准备往某存储单元存入的代码,其位数与存储字长相等。当然，要想完整地完成一个取或存操作，CPU还得给主存加以各种控制信号，如读命令、写命令和地址译码驱动信号等。主存都制成大规模集成电路的芯片中，而将MAR和MDR集成在CPU芯片中。

指令字长，数据字长都是可变的。存诸字长、指令字