計(jì)算機(jī)組成與匯編課件第1章緒論

1本章主要內(nèi)容：

1.1計(jì)算機(jī)的基本概念

1.2計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬、軟件組成

1.3層次結(jié)構(gòu)模型

1.4計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程

1.5計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo)

第1章緒論21.1計(jì)算機(jī)的基本概念用二進(jìn)制代碼表示程序和數(shù)據(jù)；計(jì)算機(jī)采用存儲(chǔ)程序的工作方式，核心思想；計(jì)算機(jī)硬件:存儲(chǔ)器、運(yùn)算器、控制器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備組成。

馮·諾依曼思想：計(jì)算機(jī)：一種能夠存儲(chǔ)程序、自動(dòng)連續(xù)執(zhí)行程序、對(duì)各種數(shù)字化信息進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算或邏輯運(yùn)算的電子設(shè)備。31.1.1

存儲(chǔ)程序工作方式1.事先編制程序馮·諾依曼思想的核心是存儲(chǔ)程序，其主要含義有三點(diǎn)：指令：計(jì)算機(jī)硬件一步執(zhí)行的操作命令，如加法指令。計(jì)算機(jī)最終執(zhí)行的程序：指令序列。事先編好的求解問(wèn)題的程序最終變成：指令序列和需處理的原始數(shù)據(jù)。42.事先存儲(chǔ)程序3.自動(dòng)、連續(xù)地執(zhí)行程序?qū)⒕幒玫某绦蜃兂勺罱K可執(zhí)行的程序即二進(jìn)制指令代碼序列存放在存儲(chǔ)器中。在程序已存放在存儲(chǔ)器后，計(jì)算機(jī)就可以運(yùn)行該程序，即按一定的順序通常是指令存放的順序，從存儲(chǔ)器中逐條取出指令，按指令的要求執(zhí)行操作，直到該程序執(zhí)行結(jié)束。51.1.2信息的數(shù)字化表示

1.在計(jì)算機(jī)中用數(shù)字代碼表示各種信息二進(jìn)制代碼5

-5

表示為0101

表示為1101

計(jì)算機(jī)信息分類(lèi)：控制信息和數(shù)據(jù)信息用數(shù)字代碼表示字符：A表示為01000001二進(jìn)制代碼表示數(shù)字

6

2.在物理機(jī)制上用數(shù)字信號(hào)表示數(shù)字代碼數(shù)字型電信號(hào)用電平信號(hào)表示數(shù)字代碼

高電平

1

低電平

高電平

0

1

用脈沖信號(hào)表示數(shù)字代碼

101實(shí)現(xiàn)并行操作實(shí)現(xiàn)串行操作71.2計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬、軟件組成1.2.1計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)單總線計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)CPUMI/O設(shè)備I/O設(shè)備系統(tǒng)總線I/O接口I/O接口計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成：硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)81.CPU功能：負(fù)責(zé)讀取與執(zhí)行指令，即執(zhí)行程序?；窘M成：寄存器、ALU、控制器寄存器：用于存放數(shù)據(jù)信息，如通用寄存器、暫存器等用于存放控制信息，如PC、IR、PSW9

算術(shù)邏輯部件ALU：按指令的要求對(duì)有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行指定的算術(shù)或邏輯運(yùn)算?？刂破鳎褐饕鶕?jù)指令信息產(chǎn)生控制信號(hào)(微命令)序列，控制全機(jī)操作。微命令產(chǎn)生方式：組合邏輯控制方式：組合邏輯電路產(chǎn)生微程序控制方式：微指令產(chǎn)生102.主存儲(chǔ)器（內(nèi)存條）功能:存放需執(zhí)行的程序及需要處理的數(shù)據(jù)，CPU能直接從主存儲(chǔ)器中讀出或?qū)懭搿＿壿嫿M成：由連續(xù)的存儲(chǔ)單元組成。通常每個(gè)單元存放8位二進(jìn)制數(shù)即一個(gè)字節(jié)。每個(gè)單元有一個(gè)唯一的地址。主存的一個(gè)重要特點(diǎn)：能按地址存放或讀取單元內(nèi)容，即允許CPU直接編址訪問(wèn)。通常以字節(jié)為編址單元。11主存邏輯組成示意圖00000H00001H00002H00003H

FFFFEH

FFFFFH地址70

主存儲(chǔ)器：：：：：：

指令1

指令2

指令2

指令3

操作數(shù)123.輸入/輸出（I/O）設(shè)備功能：數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換。

輸入設(shè)備作用：將計(jì)算機(jī)的外部信息輸入計(jì)算機(jī)。將外部信息轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別和處理的形式。通常轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制代碼的形式。輸出設(shè)備作用：將計(jì)算機(jī)處理的結(jié)果轉(zhuǎn)換成可以識(shí)別的符號(hào)輸出給用戶(hù)。13系統(tǒng)總線：地址總線，數(shù)據(jù)總線，控制總線CPUMI/O設(shè)備I/O設(shè)備系統(tǒng)總線I/O接口I/O接口

4.總線功能：一組能為多個(gè)部件分時(shí)共享的信息傳送線路。14

5.I/O接口:系統(tǒng)總線與I/O設(shè)備之間的轉(zhuǎn)換邏輯部件基本功能：1)實(shí)現(xiàn)CPU與I/O設(shè)備之間控制信息、數(shù)據(jù)、狀態(tài)信息的轉(zhuǎn)換和傳送；

2)實(shí)現(xiàn)主存與I/O設(shè)備之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和傳送。

總結(jié)：計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)由三大子系統(tǒng)：CPU、存儲(chǔ)系統(tǒng)、輸入/輸出系統(tǒng)及連接它們的總線構(gòu)成。151.3層次結(jié)構(gòu)模型1.3.1從計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成角度劃分層次結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以硬件為基礎(chǔ)，通過(guò)配置軟件擴(kuò)充功能，形成一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的系統(tǒng)。通常采用層次結(jié)構(gòu)的觀點(diǎn)去分析、設(shè)計(jì)和構(gòu)建它。從系統(tǒng)組成將系統(tǒng)劃分為五大層：微體系

結(jié)構(gòu)層、指令系統(tǒng)層、操作系統(tǒng)層、匯編語(yǔ)言層和面向問(wèn)題語(yǔ)言層。層與層之間通過(guò)不同的翻譯程序或解釋程序?qū)崿F(xiàn)相互間通信。16面向問(wèn)題語(yǔ)言層第5層翻譯(編譯器)匯編語(yǔ)言層第4層翻譯(匯編器)操作系統(tǒng)層第3層部分解釋(操作系統(tǒng))指令系統(tǒng)層第2層直接執(zhí)行/解釋(微程序)微體系結(jié)構(gòu)層第1層172、指令系統(tǒng)層指令系統(tǒng)層及上層都是抽象層次。指令系統(tǒng)層定義了硬件與編譯器的接口。一方面，指令系統(tǒng)規(guī)定了由硬件實(shí)現(xiàn)的各種指令功能；另一方面，各種源程序必須通過(guò)編譯器或解釋器轉(zhuǎn)換為硬件能識(shí)別與執(zhí)行的指令序列。1、微體系結(jié)構(gòu)層微體系結(jié)構(gòu)層是硬件層次，它主要是從寄存器級(jí)觀察CPU的結(jié)構(gòu)，分析CPU分步執(zhí)行指令的詳細(xì)過(guò)程。微體系結(jié)構(gòu)層可看作是第2層指令系統(tǒng)層指令的解釋器。183、操作系統(tǒng)層從系統(tǒng)程序員的觀點(diǎn)來(lái)看，操作系統(tǒng)層指令集包括指令系統(tǒng)層指令和新增指令。它們由操作系統(tǒng)解釋?zhuān)搶拥钠溆嘀噶?即與第2層指令相同的指令)由微體系結(jié)構(gòu)層執(zhí)行。該層主要是支持高層所需的解釋器或翻譯器運(yùn)行而設(shè)計(jì)。4、匯編語(yǔ)言層匯編語(yǔ)言層及上層是提供給解決應(yīng)用問(wèn)題的程序員使用。匯編語(yǔ)言程序通過(guò)匯編器翻譯成機(jī)器語(yǔ)言程序，再由微體系結(jié)構(gòu)層執(zhí)行。195、面向問(wèn)題語(yǔ)言層該層使用高級(jí)語(yǔ)言編程解決問(wèn)題。高級(jí)語(yǔ)言程序通常由編譯器翻譯成第3層或第4層語(yǔ)言，個(gè)別高級(jí)語(yǔ)言具有解釋執(zhí)行功能，如java程序。201.3.2從語(yǔ)言功能角度劃分層次結(jié)構(gòu)虛擬機(jī)：指通過(guò)配置軟件（如某種語(yǔ)言的編譯器或解釋器）擴(kuò)充機(jī)器功能后所形成的一臺(tái)計(jì)算機(jī)。機(jī)器語(yǔ)言物理機(jī)：指能識(shí)別與執(zhí)行機(jī)器語(yǔ)言的計(jì)算機(jī)硬件。211.4計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程1.4.1處理問(wèn)題的步驟目前，大型的應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)都采用軟件工程的方法。但如要解決規(guī)模較小的應(yīng)用問(wèn)題，可采用以下的基本步驟：1、系統(tǒng)分析2、建立數(shù)學(xué)模型與設(shè)計(jì)算法3、編寫(xiě)應(yīng)用程序4、編譯為目標(biāo)程序5、由硬件執(zhí)行目標(biāo)程序221.4.2指令執(zhí)行過(guò)程1、取指令與分析指令

按CPU的程序計(jì)數(shù)器PC中的指令地址，從主存單元讀取指令到指令寄存器IR中，這時(shí)PC的內(nèi)容修改為下一條指令地址。然后由指令譯碼器分析IR中的指令，作為產(chǎn)生對(duì)應(yīng)微命令序列的依據(jù)。2