计算机组成原理(第2版)优质PPT.ppt

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计计算算机机组组成成原原理理唐朔飞唐朔飞第版第版高高等等教教育育出出版版社社高高等等教教育育电电子子音音像像出出版版社社为配合由高等教育出版社出版的面向21世纪课程教材计算机组成原理教学和自学的需要，随书出版了计算机组成原理配套课件。

@#@为了配合该教材的第版，本课件在保留原课件特色的基础上，做了相应的补充和修改。

@#@该课件与计算机组成原理第版教材在体系上完全一致，它以课堂教学为依托，帮助读者边阅读边思考，通过点击鼠标，逐行显示精练的文字和简明的图表，既可从文稿中对教材的重点和难点加深理解，又可从视图中看到动画演示效果，形象地理解各种电路的工作原理和设计思路。

@#@新版课件提供了章目录和节目录。

@#@操作上除了顺序播放外，还可任选一章、任选一节播放，并可从任意一页幻灯片返回到上一级目录。

@#@具体功能如下。

@#@1.进入章目录后，可点击任一章播放。

@#@2.进入节目录后，可点击任一节播放。

@#@3.每一节播放结束时，可继续播放，也可点击本节最后一页幻灯片右下角的按钮，回到上一级目录，再点击节目录幻灯片右下角的按钮，即可回到章目录。

@#@4.点击任一页幻灯片右下角的按钮，均可回到上一级目录。

@#@在修改课件过程中，哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院张丽杰、罗丹彦为课件的录入、排版、绘图、动画演示做了大量工作，在此表示衷心感谢。

@#@由于时间仓促，难免有不妥之处，敬请读者和专家批评指正。

@#@唐朔飞2007年年12月月第第第第章章章章计算机系统概论计算机系统概论计算机系统概论计算机系统概论第第第第章章章章系统总线系统总线系统总线系统总线第第第第章章章章存储器存储器存储器存储器第第第第章章章章输入输出系统输入输出系统输入输出系统输入输出系统第第第第章章章章计算机的运算方法计算机的运算方法计算机的运算方法计算机的运算方法第第第第章章章章指令系统指令系统指令系统指令系统第第第第章章章章CPUCPU的结构和功能的结构和功能的结构和功能的结构和功能第第第第章章章章控制单元的功能控制单元的功能控制单元的功能控制单元的功能第第第第1010章章章章控制单元的设计控制单元的设计控制单元的设计控制单元的设计第第第第章章章章计算机的发展及应用计算机的发展及应用计算机的发展及应用计算机的发展及应用第第章章计算机系统概论计算机系统概论1.1计算机系统简介计算机系统简介1.4本书结构本书结构1.3计算机硬件的主要技术指标计算机硬件的主要技术指标1.2计算机的基本组成计算机的基本组成1.1计算机系统简介计算机系统简介由具有各类特殊功能由具有各类特殊功能的信息（程序）组成的信息（程序）组成1.计算机系统计算机系统计计算算机机系系统统计算机的实体，计算机的实体，如主机、外设等如主机、外设等一、一、计算机的软硬件概念计算机的软硬件概念硬件硬件软件软件按任务需要编制成的各种程序按任务需要编制成的各种程序用来管理整个计算机系统用来管理整个计算机系统系统软件系统软件应用软件应用软件语言处理程序语言处理程序操作系统操作系统服务性程序服务性程序数据库管理系统数据库管理系统网络软件网络软件软软件件1.1计算机计算机高级语高级语言程序言程序目标目标程序程序结果结果翻译翻译运行运行1.12.计算机的解题过程计算机的解题过程二、计算机系统的层次结构二、计算机系统的层次结构高级语言高级语言虚拟机器虚拟机器M3汇编语言汇编语言虚拟机器虚拟机器M2操作系统操作系统虚拟机器虚拟机器机器语言机器语言实际机器实际机器M1微指令系统微指令系统微程序机器微程序机器M01.1用编译程序翻译用编译程序翻译成汇编语言程序成汇编语言程序用汇编程序翻译用汇编程序翻译成机器语言程序成机器语言程序用机器语言解释操作系统用机器语言解释操作系统用微指令解释机器指令用微指令解释机器指令由硬件直接执行微指令由硬件直接执行微指令软软件件硬硬件件1.1虚拟机器虚拟机器M4虚拟机器虚拟机器M3虚拟机器虚拟机器M2实际机器实际机器M1微程序机器微程序机器M0程序员所见到的计算机系统的属性程序员所见到的计算机系统的属性概念性的结构与功能特性概念性的结构与功能特性计算机计算机体系结构体系结构计算机计算机组成组成实现计算机体系结构所体现的属性实现计算机体系结构所体现的属性有无乘法指令有无乘法指令如何实现乘法指令如何实现乘法指令（指令系统、数据类型、寻址技术、（指令系统、数据类型、寻址技术、I/OI/O机理）机理）（具体指令的实现）（具体指令的实现）1.1三、三、计算机体系结构和计算机组成计算机体系结构和计算机组成1.2计算机的基本组成计算机的基本组成1.计算机由五大部件组成计算机由五大部件组成3.指令和数据用二进制表示指令和数据用二进制表示4.指令由操作码和地址码组成指令由操作码和地址码组成6.以运算器为中心以运算器为中心2.指令和数据以同等地位存于存储器，指令和数据以同等地位存于存储器，可按地址寻访可按地址寻访5.存储程序存储程序一、冯冯诺依曼计算机的特点诺依曼计算机的特点5.存储程序存储程序算术运算算术运算逻辑运算逻辑运算存放数据存放数据和程序和程序将信息转换成机将信息转换成机器能识别的形式器能识别的形式将结果转换成将结果转换成人们熟悉的形式人们熟悉的形式指挥程序指挥程序运行运行1.2冯冯诺依曼计算机硬件框图诺依曼计算机硬件框图存储器存储器输入设备输入设备运算器运算器控制器控制器输出设备输出设备1.2冯冯诺依曼计算机硬件框图诺依曼计算机硬件框图存储器存储器输入设备输入设备运算器运算器控制器控制器输出设备输出设备二、计算机硬件框图二、计算机硬件框图1.21.以存储器为中心的计算机硬件框图以存储器为中心的计算机硬件框图程序程序存储器存储器输出设备输出设备输入设备输入设备运算器运算器控制器控制器数据数据结果结果计算计算ALU主存主存辅存辅存CPU主机主机I/O设备设备硬件硬件CU2.现代计算机硬件框图现代计算机硬件框图存储器存储器输入设备输入设备运算器运算器输出设备输出设备控制器控制器1.2ALUCPU主机主机I/O设备设备CU主主存存1.上机前的准备上机前的准备建立数学模型建立数学模型-+-+-=!

@#@x9!

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@#@x3xx9753sin编制解题程序编制解题程序确定计算方法确定计算方法程序程序运算的运算的全部步骤全部步骤0,1,2,）（）（21nynxynx=+=指令指令每每一个步骤一个步骤1.2三、计算机的工作步骤三、计算机的工作步骤取取x至运算器中至运算器中乘以乘以x在运算器中在运算器中乘以乘以a在运算器中在运算器中存存ax2在存储器中在存储器中取取b至运算器中至运算器中乘以乘以x在运算器中在运算器中加加ax2在运算器中在运算器中加加c在运算器中在运算器中=（ax+b）x+c取取x至运算器中至运算器中乘以乘以a在运算器中在运算器中加加b在运算器中在运算器中乘以乘以x在运算器中在运算器中加加c在运算器中在运算器中计算计算ax2+bx+c1.2编程举例编程举例0000010000001000打印打印停机停机取数取数ACC存数存数ACC加加ACC+ACC乘乘ACCACC指令格式举例指令格式举例1.2操作码操作码地址码地址码打印机打印机指令和数据存于指令和数据存于主存单元的地址主存单元的地址指令指令注释注释操作码操作码地址码地址码00000010000001000取数取数x至至ACC10001000000001001乘乘a得得ax,存于存于ACC中中20000110000001010加加b得得ax+b,存于存于ACC中中30001000000001000乘乘x得（得（ax+b）x,存于存于ACC中中40000110000001011加加c得得ax2+bx+c,存于存于ACC50000100000001100将将ax2+bx+c,存于主存单元存于主存单元60001010000001100打印打印7000110停机停机8x原始数据原始数据x9a原始数据原始数据a10b原始数据原始数据b11c原始数据原始数据c12存放结果存放结果1.2计算计算ax2+bx+c程序清单程序清单存储体存储体大楼大楼存储单元存储单元存放一串二进制代码存放一串二进制代码存储字存储字存储单元中二进制代码的组合存储单元中二进制代码的组合存储字长存储字长存储单元中二进制代码的位数存储单元中二进制代码的位数每个存储单元赋予一个地址号每个存储单元赋予一个地址号按地址寻访按地址寻访存储单元存储单元存储元件存储元件（0/1）房房间间床位床位（无人（无人/有人）有人）

（1）存储器的基本组成存储器的基本组成1.2MDR主存储器主存储器存储体存储体MAR2.计算机的解题过程计算机的解题过程MARMDR存储单元个数存储单元个数16存储字长存储字长8设设MAR=4位位MDR=8位位1.2存储器地址寄存器存储器地址寄存器反映存储单元的个数反映存储单元的个数存储器数据寄存器存储器数据寄存器反映存储字长反映存储字长

（1）存储器的基本组成存储器的基本组成MDR主存储器主存储器存储体存储体MARACCMQX

（2）运算器的基本组成及操作过程运算器的基本组成及操作过程1.2运算器运算器MQACCALUX被加数被加数被减数被减数被除数被除数乘数乘数商商加数加数减数减数被乘数被乘数除数除数加法加法减法减法乘法乘法除法除法和和差差余数余数乘积高位乘积高位乘积低位乘积低位运算器运算器MQACCALUXACC被加数被加数ACC初态初态加法操作过程加法操作过程1.2ACC+XALUMXXACCACC指令指令加加M1.2减法操作过程减法操作过程运算器运算器MQACCALUX指令指令减减MACC被减数被减数ACC初态初态MXXACC-XALUACCACC运算器运算器MQACCALUXACCACC被乘数被乘数初态初态1.2MQMMQ指令指令乘乘M乘法操作过程乘法操作过程XACCXALUXMQ00ACCACCMQACCMQ运算器运算器MQACCALUXACC被除数被除数ACC初态初态1.2ACCXALUMQACCMQ余数在余数在ACC中中指令指令除除MMXX除法操作过程除法操作过程取指令取指令分析指令分析指令执行指令执行指令PCIRCU取指取指执行执行PC存放当前欲执行指令的地址，存放当前欲执行指令的地址，具有计数功能（具有计数功能（PC）+11PCIR存放当前欲执行的指令存放当前欲执行的指令访存访存访存访存完成完成一条一条指令指令1.2（3）控制器的基本组成控制器的基本组成CU控制单元控制单元PCIRCU12356789以取数指令为例以取数指令为例4（4）主机完成一条指令的过程主机完成一条指令的过程1.2CU控制控制单元单元主存储器主存储器MDRMAR存储体存储体CPUPC控制器控制器IR运算器运算器MQACCALUXI/O设设备备12356798以存数指令为例以存数指令为例41.2（4）主机完成一条指令的过程主机完成一条指令的过程CU控制控制单元单元主存储器主存储器MDRMAR存储体存储体CPUPC控制器控制器IR运算器运算器MQACCALUXI/O设设备备（5）ax2+bx+c程序的运行程序的运行过程过程将程序通过输入设备送至计算机将程序通过输入设备送至计算机程序首地址程序首地址打印结果打印结果分析指令分析指令取指令取指令停机停机启动程序运行启动程序运行,（PC,（PC）+）+1PC1PC执行指令执行指令1.2MARMARMMMDRMDRIRIRPCPCCUCUOP（IR）OP（IR）Ad（IR）Ad（IR）MARMARMMMDRMDRACCACCPCPC1.3计算机硬件的主要技术指标计算机硬件的主要技术指标1.机器字长机器字长2.运算速度运算速度CPU一次能处理数据的位数一次能处理数据的位数与与CPU中的中的寄存器位数寄存器位数