片上計(jì)算機(jī)系統(tǒng)01-概論

計(jì)算機(jī)組成原理

第一章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論姓名：楊慧晶單位：軟件學(xué)院Email：yhj833@大連理工大學(xué)軟件學(xué)院賴曉晨課程概論教學(xué)目的、任務(wù)：掌握計(jì)算機(jī)系統(tǒng)各部件的組成，最終達(dá)到從系統(tǒng)的角度、整機(jī)的角度完整、準(zhǔn)確的理解和掌握計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的理論、組成原理，為學(xué)習(xí)其它專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課打下一個(gè)良好的基礎(chǔ)。教學(xué)內(nèi)容：本課程的教學(xué)分理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)兩部分。理論教學(xué)注重基本問(wèn)題的解決方法、基本系統(tǒng)的分析方法、設(shè)計(jì)方法，從而掌握基本的計(jì)算機(jī)理論與概念。實(shí)驗(yàn)教學(xué)注重培養(yǎng)動(dòng)手能力、分析和解決問(wèn)題的能力，從而提高學(xué)生的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面的能力。大連理工大學(xué)軟件學(xué)院賴曉晨課程概論基本要求：掌握數(shù)字化信息編碼及運(yùn)算方法，運(yùn)算器的邏輯構(gòu)成與設(shè)計(jì)；熟悉半導(dǎo)體存儲(chǔ)器、磁表面存儲(chǔ)器基本原理，掌握存儲(chǔ)體系構(gòu)成；掌握尋址和指令系統(tǒng)；熟悉中央處理器組成、時(shí)序控制方法，掌握控制器設(shè)計(jì)技術(shù)；熟悉系統(tǒng)總線和I/O系統(tǒng)。大連理工大學(xué)軟件學(xué)院賴曉晨什么是計(jì)算機(jī)？

一種快速高效地完成信息處理的數(shù)字化電子設(shè)備。它能按照編寫(xiě)的程序?qū)υ驾斎霐?shù)據(jù)進(jìn)行加工處理、存儲(chǔ)或傳送，以便獲得所期望的輸出信息，從而利用這些信息來(lái)提高社會(huì)生產(chǎn)效率，改善生活質(zhì)量。大連理工大學(xué)軟件學(xué)院賴曉晨計(jì)算工具的發(fā)展歷史早期計(jì)算工具的發(fā)展

籌算法－珠算－計(jì)算尺近代計(jì)算機(jī)器的發(fā)展

計(jì)算器－計(jì)算機(jī)器－差分機(jī)與分析機(jī)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的發(fā)展

采用了先進(jìn)的電子技術(shù)，基于大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的計(jì)算機(jī)器系統(tǒng)（CPU出現(xiàn)）大連理工大學(xué)軟件學(xué)院賴曉晨計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)和組成概念指計(jì)算機(jī)硬件的具體實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)程序員所能見(jiàn)到的計(jì)算機(jī)硬件特性計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)組成大連理工大學(xué)軟件學(xué)院賴曉晨程序員所見(jiàn)到的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的屬性即概念性的結(jié)構(gòu)與功能特性計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)組成實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)所體現(xiàn)的屬性有無(wú)乘法指令如何實(shí)現(xiàn)乘法指令（指令系統(tǒng)、數(shù)據(jù)類型、尋址技術(shù)、I/O機(jī)理）（具體指令的實(shí)現(xiàn)）計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)和計(jì)算機(jī)組成大連理工大學(xué)軟件學(xué)院賴曉晨計(jì)算機(jī)的軟硬件概念由具有各類特殊功能的信息（程序）組成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)的實(shí)體，如主機(jī)、外設(shè)等硬件軟件大連理工大學(xué)軟件學(xué)院賴曉晨計(jì)算機(jī)的軟件主要用來(lái)管理整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，監(jiān)視服務(wù)，使系統(tǒng)資源得到合理調(diào)度，確保高效運(yùn)行。系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件軟件它是用戶根據(jù)任務(wù)需要所編制的各種程序。標(biāo)準(zhǔn)程序庫(kù)、語(yǔ)言處理程序、操作系統(tǒng)、服務(wù)性程序數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)軟件科學(xué)計(jì)算程序，數(shù)據(jù)處理程序，過(guò)程控制程序，事務(wù)管理程序大連理工大學(xué)軟件學(xué)院賴曉晨計(jì)算機(jī)語(yǔ)言經(jīng)歷了由機(jī)器語(yǔ)言→匯編語(yǔ)言→高級(jí)語(yǔ)言的發(fā)展過(guò)程。機(jī)器語(yǔ)言是和計(jì)算機(jī)的硬件設(shè)計(jì)同時(shí)產(chǎn)生的，是一組由二進(jìn)制代碼（0和1）組成的指令和數(shù)據(jù)。由于機(jī)器語(yǔ)言煩瑣、單調(diào)，難于看懂，給使用和記憶都帶來(lái)很多困難。所以，人們對(duì)它進(jìn)行了改進(jìn)，賦予每條指令一個(gè)名稱，這種指令碼的名稱叫“助記符”。采用這種助記符的語(yǔ)言就是匯編語(yǔ)言。匯編語(yǔ)言雖然比機(jī)器語(yǔ)言便于記憶和書(shū)寫(xiě)，但還是有許多不足：如功能有限，編程工作繁重而費(fèi)時(shí)，依賴處理器，這些都限制了匯編語(yǔ)言的應(yīng)用范圍。因此，又導(dǎo)致了高級(jí)語(yǔ)言的誕生。大連理工大學(xué)軟件學(xué)院賴曉晨常用于科學(xué)計(jì)算和數(shù)據(jù)處理的高級(jí)語(yǔ)言有：C，BASIC，F(xiàn)ORTRAN，ALGOL，PASCAL，COBOL，Ada等。常用于人工智能的語(yǔ)言有LISP和PROLOG等。后期發(fā)展出來(lái)的面向?qū)ο笳Z(yǔ)言C++,JAVA,.NET等。計(jì)算機(jī)只能執(zhí)行機(jī)器語(yǔ)言，因此，匯編語(yǔ)言和高級(jí)語(yǔ)言都要先經(jīng)過(guò)編譯，將其翻譯成機(jī)器語(yǔ)言，然后計(jì)算機(jī)才能執(zhí)行。大連理工大學(xué)軟件學(xué)院賴曉晨計(jì)算機(jī)的解題過(guò)程計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言程序目標(biāo)程序結(jié)果翻譯運(yùn)行大連理工大學(xué)軟件學(xué)院賴曉晨計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)高級(jí)語(yǔ)言虛擬機(jī)器M3匯編語(yǔ)言虛擬機(jī)器M2操作系統(tǒng)虛擬機(jī)器機(jī)器語(yǔ)言實(shí)際機(jī)器M1微指令系統(tǒng)微程序機(jī)器M0大連理工大學(xué)軟件學(xué)院賴曉晨用編譯程序翻譯成匯編語(yǔ)言程序用匯編程序翻譯成機(jī)器語(yǔ)言程序用機(jī)器語(yǔ)言解釋操作系統(tǒng)用微指令解釋機(jī)器指令由硬件直接執(zhí)行微指令軟件硬件虛擬機(jī)器M4虛擬機(jī)器M3虛擬機(jī)器M2實(shí)際機(jī)器M1微程序機(jī)器M0大連理工大學(xué)軟件學(xué)院賴曉晨不同計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間的多層次結(jié)構(gòu)的劃分與實(shí)現(xiàn)方法是有差別的，一般來(lái)說(shuō)，相鄰級(jí)語(yǔ)言的語(yǔ)法結(jié)構(gòu)的差別不要太大，這樣才便于編譯或解釋，但最后總是要翻譯成能在機(jī)器上執(zhí)行的機(jī)器語(yǔ)言程序。大連理工大學(xué)軟件學(xué)院賴曉晨算術(shù)運(yùn)算邏輯運(yùn)算存放數(shù)據(jù)和程序?qū)⑿畔⑥D(zhuǎn)換成機(jī)器能識(shí)別的形式將結(jié)果轉(zhuǎn)換成人們熟悉的形式指揮程序運(yùn)行存儲(chǔ)器輸入設(shè)備運(yùn)算器控制器輸出設(shè)備計(jì)算機(jī)的硬件大連理工大學(xué)軟件學(xué)院賴曉晨運(yùn)算器是對(duì)信息或數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和運(yùn)算的部件，經(jīng)常進(jìn)行的是算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算，所以在其內(nèi)部有一個(gè)算術(shù)及邏輯運(yùn)算部件（ALU）。算術(shù)運(yùn)算是按照算術(shù)規(guī)則進(jìn)行的運(yùn)算，如加、減、乘、除、求絕對(duì)值、求負(fù)值等。邏輯運(yùn)算是指非算術(shù)性質(zhì)的運(yùn)算，如比較大小、移位、邏輯乘、邏輯加等。在計(jì)算機(jī)中，一些復(fù)雜的運(yùn)算往往被分解成一系列算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算?？刂破髦饕脕?lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)本身運(yùn)行過(guò)程的自動(dòng)化，即實(shí)現(xiàn)程序的自動(dòng)執(zhí)行。由于電路集成度的提高，現(xiàn)在已把運(yùn)算器和控制器集成在一個(gè)芯片中，稱為中央處理器又叫CPU大連理工大學(xué)軟件學(xué)院賴曉晨存儲(chǔ)器用來(lái)存放程序和數(shù)據(jù)，是計(jì)算機(jī)各種信息的存儲(chǔ)和交流中心。存儲(chǔ)器又分為主存儲(chǔ)器和輔助存儲(chǔ)器，當(dāng)前在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的程序和數(shù)據(jù)是存放在主存儲(chǔ)器中的。輸入設(shè)備用來(lái)輸入原始數(shù)據(jù)和處理這些數(shù)據(jù)的程序（輸入數(shù)據(jù)和程序）。輸入的信息有數(shù)字符、字母和控制符，這些字符通常用ASCII碼表示，它用7位二進(jìn)制碼來(lái)表示一個(gè)字符，因此有27即128個(gè)，最高一位（第8位）可用于奇偶校驗(yàn)或作其他用處，如果第8位也用作字符編碼，則有28即256個(gè)，第128~255稱為擴(kuò)展ASCII碼。在計(jì)算機(jī)中，一般把8位二進(jìn)制碼稱為一個(gè)字節(jié)。最常用的輸入設(shè)備是鍵盤(pán)。輸出設(shè)備用來(lái)輸出計(jì)算機(jī)的處理結(jié)果，可以是數(shù)字、字母、表格、圖形等。最常用的輸出設(shè)備是顯示器和打印機(jī)。大連理工大學(xué)軟件學(xué)院賴曉晨在計(jì)算機(jī)中，各部件間來(lái)往的信號(hào)可分為三種類型：即地址、數(shù)據(jù)和控制信號(hào)，通常這些信號(hào)是通過(guò)總線傳送的。因此計(jì)算機(jī)中的總線有地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線三類。大連理工大學(xué)軟件學(xué)院賴曉晨馮·諾依曼計(jì)算機(jī)硬件框圖存儲(chǔ)器輸入設(shè)備運(yùn)算器控制器輸出設(shè)備大連理工大學(xué)軟件學(xué)院賴曉晨計(jì)算機(jī)的基本組成1.計(jì)算機(jī)由五大部件組成3.指令和數(shù)據(jù)用二進(jìn)制表示4.指令由操作碼和地址碼組成7.以運(yùn)算器為中心2.指令序列構(gòu)成的程序存放在存儲(chǔ)器中，計(jì)算機(jī)的運(yùn)行受程序控制

一、馮·諾依曼計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)5.數(shù)據(jù)和程序存儲(chǔ)在同一個(gè)存儲(chǔ)器中6.

指令和數(shù)據(jù)都可以送到運(yùn)算器中參與運(yùn)算大連理工大學(xué)軟件學(xué)院賴曉晨計(jì)算機(jī)硬件框圖1.以存儲(chǔ)器為中心的計(jì)算機(jī)硬件框圖程序存儲(chǔ)器輸出設(shè)備輸入設(shè)備運(yùn)算器控制器數(shù)據(jù)結(jié)果計(jì)算大連理工大學(xué)軟件學(xué)院賴曉晨2.現(xiàn)代計(jì)算機(jī)硬件框圖ALUCPU主機(jī)I/O設(shè)備CU主存ALU主存輔存CPU主機(jī)I/O設(shè)備硬件CU存儲(chǔ)器輸入設(shè)備運(yùn)算器輸出設(shè)備控制器計(jì)算機(jī)硬件框圖大連理工大學(xué)軟件學(xué)院賴曉晨第一代電子管計(jì)算機(jī)1946－1957第二代晶體管計(jì)算機(jī)1958－1964第三代中、小規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)1965－1971中小規(guī)模集成電路1972－1977大規(guī)模集成電路未來(lái)代光子計(jì)算機(jī)——利用光子取代電子進(jìn)行運(yùn)算和存儲(chǔ)DNA生物計(jì)算機(jī)——通過(guò)控制DNA分子間的生化反應(yīng)量子計(jì)算機(jī)——利用原子所具有的量子特性神經(jīng)計(jì)算機(jī)——用人意識(shí)腦電波直接控制第四代大、超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)1978－現(xiàn)在超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)的發(fā)展史大連理工大學(xué)軟件學(xué)院賴曉晨1946[美]歷史上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)——ENIAC（NumericalIntegratorAndCalculatorComputer）ENIAC:18000電子管1500繼電器占地1萬(wàn)平米重30余噸耗150千瓦Pentium:幾百萬(wàn)晶體管25平方厘米小于15瓦大連理工大學(xué)軟件學(xué)院賴曉晨大連理工大學(xué)軟件學(xué)院賴曉晨（1）1971——4004——全球第一塊微處理器

4位帶寬工作頻率為108kHz

集成了2300多個(gè)晶體管尋址空間只有640B

主要用來(lái)處理算術(shù)運(yùn)算微處理器的發(fā)展史大連理工大學(xué)軟件學(xué)院賴曉晨（2）1974——8080——新一代8位微處理器

8位時(shí)鐘頻率為2MHz

集成了6000個(gè)晶體管

8080是一個(gè)劃時(shí)代的產(chǎn)品大連理工大學(xué)軟件學(xué)院賴曉晨（3）1978——8086——第一代16位的微處理機(jī)

16bit10MHz29000個(gè)晶體管

1MB尋址空間1979——8088——簡(jiǎn)化版本，減低成本

4MHz主頻

8位數(shù)據(jù)線16位地址線的的準(zhǔn)16位CPU

引入實(shí)模式的工作方式8088CPU大連理工大學(xué)軟件學(xué)院賴曉晨過(guò)渡產(chǎn)品，未推向市場(chǎng)大連理工大學(xué)軟件學(xué)院賴曉晨（4）1982——80286——第二代微處理機(jī)

16位的CPU

主頻達(dá)到了20MHz

集成13萬(wàn)多個(gè)晶體管尋址16MB

虛擬地址空間達(dá)到1GB

兩種CPU工作方式：實(shí)模式、保護(hù)模式大連理工大學(xué)軟件學(xué)院賴曉晨（5）1985——80386——第三代微處理機(jī)全32位，數(shù)據(jù)總線和地址總線均為32位時(shí)鐘頻率達(dá)到33MHz

集成27.5萬(wàn)個(gè)晶體管具有4GB的物理尋址能力

64TB虛擬存儲(chǔ)空間（有分段存儲(chǔ)管理、分頁(yè)存儲(chǔ)管理單元）虛擬8086工作方式協(xié)處理器80387，主要用于浮點(diǎn)運(yùn)算大連理工大學(xué)軟件學(xué)院賴曉晨（6）1989——80486——第四代微處理機(jī)

32位的全新CPU100MHz，時(shí)鐘倍頻技術(shù)出現(xiàn)集成120萬(wàn)個(gè)晶體管，突破100萬(wàn)只集成有Cache（高速緩沖存儲(chǔ)器）8KB

采用了RISC（精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)）結(jié)構(gòu)大連理工大學(xué)軟件學(xué)院賴曉晨（7）1993——Pentium——第五代微處理機(jī)（ClassicPentium經(jīng)典奔騰）

32位地址線64位數(shù)據(jù)線的高性能處理機(jī)芯片內(nèi)部集成進(jìn)310萬(wàn)個(gè)晶體管

66MHz～100MHz，后者比33MHz80486DX快68倍

16KBCache

兩條超標(biāo)量流水線（U流水線、V流水線）大連理工大學(xué)軟件學(xué)院賴曉晨(8)1995——PentiumPro——高能奔騰

64bit數(shù)據(jù)總線，36bit地址總線時(shí)鐘頻率為133MHz

集成550萬(wàn)個(gè)晶體管二級(jí)Cache（8KB指令+8KB數(shù)據(jù)+256KB二級(jí)）

64GB尋址“動(dòng)態(tài)執(zhí)行”技術(shù)大連理工大學(xué)軟件學(xué)院賴曉晨（9）1997——PentiumⅡ——奔騰二代

64位主頻分233MHz、266MHz、300MHz和333MHz等含750萬(wàn)晶體管“多媒體擴(kuò)展指令集”（MMX）技術(shù)

slot1結(jié)構(gòu)

1998——celeron——塞揚(yáng)芯片，與PentumⅡ同系列的不同檔次的低端產(chǎn)品大連理工大學(xué)軟件學(xué)院賴曉晨（10）1999——PentiumⅢ——奔騰三代

64位

32KB+512KB/1MB/2MB，二級(jí)片內(nèi)Cache

總計(jì)含2810萬(wàn)晶體管

MMX+SSE（流式擴(kuò)展指令）技術(shù)

可以構(gòu)成多處理器系統(tǒng)大連理工大學(xué)軟件學(xué)院賴曉晨（11）2000——PentiumⅣ——奔騰四代

64位

400MHz系統(tǒng)總線，1.7GHz主頻集成4200萬(wàn)晶體管

超流水線技術(shù)，144條SSE2指令，分支預(yù)測(cè)技術(shù)，超深度無(wú)序指令執(zhí)行技術(shù)

NetBurst微結(jié)構(gòu)大連理工大學(xué)軟件學(xué)院賴曉晨（12）2001——Itanium——安騰

全新64位體系結(jié)構(gòu)

44位地址線支持16TB物理存儲(chǔ)器尋址

128位數(shù)據(jù)總線支持全新64位指令系統(tǒng)集成3億晶體管

3級(jí)Cache

采用顯性并行指令計(jì)算（EPIC）設(shè)計(jì)在萬(wàn)億字節(jié)數(shù)據(jù)處理,應(yīng)用領(lǐng)域包括高速安全在線購(gòu)物大型數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)挖掘、電子商務(wù)處理、計(jì)算機(jī)輔助機(jī)械工程及高性能科學(xué)復(fù)雜計(jì)算處理大連理工大學(xué)軟件學(xué)院賴曉晨時(shí)間第一代1971-1972第二代1973-1977第三代1978-1984第四代1985-1991

1992-今CPU4位低檔8位中高檔8位16位32位32、64位產(chǎn)品400480088080/

8085MC6800

Z80

8086/8088，MC68000Z8000

80286

8038680486MC68030/68040PentiumPentiumI-IvAMDK5/K6技術(shù)豐富指令系統(tǒng)多級(jí)中斷多尋址機(jī)制外設(shè)種類多虛擬存儲(chǔ)技術(shù)協(xié)處理器cache

MMX技術(shù)SSE技術(shù)系統(tǒng)機(jī)器語(yǔ)言匯編語(yǔ)言高級(jí)語(yǔ)言簡(jiǎn)單操作系統(tǒng)軟件操作系統(tǒng)多任務(wù)多用戶操作系統(tǒng)服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)用途家電簡(jiǎn)單控制數(shù)據(jù)處理自動(dòng)控制數(shù)據(jù)處理事務(wù)管理工業(yè)控制辦公自動(dòng)化科學(xué)計(jì)算多媒體應(yīng)用教育、科研計(jì)算、娛樂(lè)通訊、信息微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展以處理器的發(fā)展為主導(dǎo)！大連理工大學(xué)軟件學(xué)院賴曉晨計(jì)算機(jī)的分類按照總線寬度分為：

4位機(jī)、8位機(jī)、16位機(jī)、32位機(jī)、64位機(jī)按照處理器分為：

286、386、486、Pentium

PentiumⅡ、PentiumⅢ、PentiumⅣ按照外形分為：

單片機(jī)、個(gè)人機(jī)（PC）、筆記本電腦、掌上電腦按照組裝生產(chǎn)分為：

品牌機(jī)（如IBM機(jī)和蘋(píng)果機(jī)）、兼容機(jī)按照用途分為：

多媒體計(jì)算機(jī)、工控機(jī)、服務(wù)器、終端、商業(yè)機(jī)按照規(guī)模分為：

巨型機(jī)、大型機(jī)、中型機(jī)、微型機(jī)大連理工大學(xué)軟件學(xué)院賴曉晨1.上機(jī)前的準(zhǔn)備建立數(shù)學(xué)模型-+-+-=!x9!x7!x5!x3xx9753sin…編制解題程序確定計(jì)算方法程序——運(yùn)算的全部步驟0,1,2,)()(21nynxynx=+=√…指令——每一個(gè)步驟計(jì)算機(jī)的工作步驟大連理工大學(xué)軟件學(xué)院賴曉晨取x至運(yùn)算器中乘以x在運(yùn)算器中乘以a在運(yùn)算器中存ax2

在存儲(chǔ)器中取b至運(yùn)算器中乘以x在運(yùn)算器中加ax2

在運(yùn)算器中加c在運(yùn)算器中=(ax

+

b)x

+

c

取x至運(yùn)算器中乘以a在運(yùn)算器中加b在運(yùn)算器中乘以x在運(yùn)算器中加c在運(yùn)算器中計(jì)算ax2+bx+c編程舉例大連理工大學(xué)軟件學(xué)院賴曉晨000001

0000001000打印（000101）停機(jī)（000110）取數(shù)（000001）α[α]ACC存數(shù)（000010）β[ACC]

β加（000011）γ[ACC]+[γ]ACC乘（000100）δ[ACC]×[δ]ACC指令格式舉例操作碼地址碼

[

]打印機(jī)大連理工大學(xué)軟件學(xué)院賴曉晨指令和數(shù)據(jù)存于主存單元的地址指令注釋操作碼地址碼00000010000001000取數(shù)x至ACC10001000000001001乘a得ax

,存于ACC中20000110000001010加b得ax+b

,存于ACC中30001000000001000乘x得（ax+b)x,存于ACC中40000110000001011加c得ax2+bx+c

,存于ACC50000100000001100將ax2+bx+c

,存于主存單元60001010000001100打印7000110停機(jī)8

x原始數(shù)據(jù)x9

a原始數(shù)據(jù)a10b原始數(shù)據(jù)b11c原始數(shù)據(jù)c12存放結(jié)果計(jì)算ax2+bx+c程序清單大連理工大學(xué)軟件學(xué)院賴曉晨存儲(chǔ)體大樓存儲(chǔ)單元

存放一串二進(jìn)制代碼存儲(chǔ)字

存儲(chǔ)單元中二進(jìn)制代碼的組合存儲(chǔ)字長(zhǎng)

存儲(chǔ)單元中二進(jìn)制代碼的位數(shù)每個(gè)存儲(chǔ)單元賦予一個(gè)地址號(hào)按地址尋訪–存儲(chǔ)單元–存儲(chǔ)元件（0/1）–

房間–

床位（無(wú)人/

有人）(1)存儲(chǔ)器的基本組成MDR主存儲(chǔ)器存儲(chǔ)體MAR2.計(jì)算機(jī)的解題過(guò)程大連理工大學(xué)軟件學(xué)院賴曉晨MARMDR存儲(chǔ)單元個(gè)數(shù)

16存儲(chǔ)字長(zhǎng)

8

設(shè)MAR

=

4

位

MDR

=

8

位存儲(chǔ)器地址寄存器反映存儲(chǔ)單元的個(gè)數(shù)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)寄存器反映存儲(chǔ)字長(zhǎng)MDR主存儲(chǔ)器存儲(chǔ)體MAR大連理工大學(xué)軟件學(xué)院賴曉晨ACCMQX(2)運(yùn)算器的基本組成及操作過(guò)程運(yùn)算器MQACCALUX被加數(shù)被減數(shù)被除數(shù)乘數(shù)商加數(shù)減數(shù)被乘數(shù)除數(shù)加法減法乘法除法和差余數(shù)乘積高位乘積低位大連理工大學(xué)軟件學(xué)院賴曉晨運(yùn)算器MQACCALUXACC被加數(shù)ACC初態(tài)①加法操作過(guò)程[ACC]+[X]ALU[M]XXACCACC指令加M大連理工大學(xué)軟件學(xué)院賴曉晨②減法操作過(guò)程運(yùn)算器MQACCALUX指令減MACC被減數(shù)ACC初態(tài)[M]XX[ACC]-[X]ALUACCACC大連理工大學(xué)軟件學(xué)院賴曉晨運(yùn)算器MQACCALUXACCACC被乘數(shù)初態(tài)MQ[M]MQ指令乘M③乘法操作過(guò)程X[ACC]XALU[X]×[MQ]00ACCACC∥MQACCMQ大連理工大學(xué)軟件學(xué)院賴曉晨運(yùn)算器MQACCALUXACC被除數(shù)ACC初態(tài)[ACC]÷[X]ALUMQACCMQ余數(shù)在ACC中指令除M[M]

XX④除法操作過(guò)程大連理工大學(xué)軟件學(xué)院賴曉晨取指令分析指令執(zhí)行指令PCIRCUPCIRCU取指執(zhí)行PC存放當(dāng)前欲執(zhí)行指令的地址，

具有計(jì)數(shù)功能（PC）+

1PCIR存放當(dāng)前欲執(zhí)行的指令訪存訪存完成一條指令(3)控制器的基本組成大連理工大學(xué)軟件學(xué)院賴曉晨12356789以取數(shù)指令為例4(4)主機(jī)完成一條指令的過(guò)程CU控制單元主存儲(chǔ)器MDRMAR存儲(chǔ)體CPUPC控制器IR…運(yùn)算器MQACCALUXI/O設(shè)備大連理工大學(xué)軟件學(xué)院賴曉晨12356798以存數(shù)指令為例4CU控制單元主存儲(chǔ)器MDRMAR存儲(chǔ)體CPUPC控制器IR…運(yùn)算器MQACCALUXI/O設(shè)備大連理工大學(xué)軟件學(xué)院賴曉晨(5)ax2+bx+c程序的運(yùn)行過(guò)程將程序通過(guò)輸入設(shè)備送至計(jì)算機(jī)程序首地址打印結(jié)果分析指令取指令…停機(jī)啟動(dòng)程序運(yùn)行,(PC

)+

1PC執(zhí)行指令

MARMMDRIRPCCUOP(IR)Ad(IR)MARMMDRACCPC大連理工大學(xué)軟件學(xué)院賴曉晨計(jì)算機(jī)硬件的主要技術(shù)指標(biāo)1.機(jī)器字長(zhǎng)CPU

一次能處理數(shù)據(jù)的位數(shù)與

CPU

中的

寄存器位數(shù)

有關(guān)字長(zhǎng)越長(zhǎng)，數(shù)的表示范圍也越大，精度也越高。機(jī)器的字長(zhǎng)也會(huì)影響機(jī)器的運(yùn)算速度。倘若CPU字長(zhǎng)較短，又要運(yùn)算位數(shù)較多的數(shù)據(jù)，那么需要經(jīng)過(guò)兩次或多次的運(yùn)算才能完成，這樣勢(shì)必影響整機(jī)的運(yùn)行速度。機(jī)器字長(zhǎng)對(duì)硬件的造價(jià)也有較大的影響。它將直接影響加法器(或ALU)、數(shù)據(jù)總線以及存儲(chǔ)字長(zhǎng)的位數(shù)。所以機(jī)器字長(zhǎng)的確定不能單從精度和數(shù)的表示范圍來(lái)考慮。大連理工大學(xué)軟件學(xué)院賴曉晨221

=

256

KB213

=

1

KB如2.存儲(chǔ)容量主存容量輔存容量存儲(chǔ)單元個(gè)數(shù)

×

存儲(chǔ)字長(zhǎng)字節(jié)數(shù)字節(jié)數(shù)80GB如MARMDR容量10

816

32存放二進(jìn)制信息的總位數(shù)1K=210

1B=23b1GB=230b1

K

×

8位64

K

×

32位大連理工大學(xué)軟件學(xué)院賴曉晨計(jì)算機(jī)硬件的主要技術(shù)指標(biāo)3.運(yùn)算速度=ni

=1fi

tiTM∑吉普森法普通法一次加法或乘法所需的時(shí)間每秒執(zhí)行百萬(wàn)條指令MIPS執(zhí)行一條指令所需時(shí)鐘周期數(shù)CPI每秒浮點(diǎn)運(yùn)算次數(shù)FLOPS（主頻、主存速度，操作類型）大連理工大學(xué)軟件學(xué)院賴曉晨數(shù)據(jù)單位

計(jì)算機(jī)能表示的最小最基本的數(shù)據(jù)單元

計(jì)算機(jī)內(nèi)部表示數(shù)據(jù)是采用二進(jìn)制，所以:“比特位”就是“二進(jìn)制的位”，有兩種狀態(tài)“0”和“1”相鄰的8位二進(jìn)制數(shù)稱為一個(gè)字節(jié)

1Byte=8bit如：110