电子计算机的工作原理PPT学习教案

1、会计学1电子计算机的工作原理电子计算机的工作原理1.由运算器、存储器、控制器和I/O设备组成；2.指令和数据以同等地位存放在存储器中，按地址寻访；3.指令和数据均以二进制表示； 4.指令由操作码和数据组成；5.指令在存储器中顺序存放，顺序执行，特定情况下根据条件改变执行的顺序；6.机器以运算器为中心，输入/输出设备与存储器间的数据传送都通过运算器完成。 冯冯.诺伊曼体系结构的特点诺伊曼体系结构的特点第1页/共49页第2页/共49页第3页/共49页第4页/共49页第5页/共49页第6页/共49页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以

2、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第7页/共49页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） 房间房间 床位床位（无人（无人/ / 有人）有人） 存储器的基本组成主存储器主存储器存储体存储体MARMARMDRMDR第8页/共49页MARMARMDRMDR 存储单元个数存储单元个数 16存储

3、字长存储字长 8 设设 MARMAR = = 4 位位 MDRMDR = = 8 位位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 存储器的基本组成主存储器主存储器存储体存储体MARMARMDRMDR第9页/共49页n存储器用来存放数据和程序；n主存储器可以分为随机存储器(RAM)和只读存储器(ROM)；nCPU每一次只能对存储器中的一个存储单元进行读操作或写操作。4、输入/输出系统功能的加强 DMA、中断技术第10页/共49页第11页/共49页o操作码：是一条指令的操作类型或作用；o操作数：代表需要处理的数，或参

4、与操作数的地址。操作数的个数可以是0、1、2、3个o指令字长：指令中包含二进制代码的位数。n单字长指令：指令字长与机器字长相等；n双字长指令：指令字长度是机器字长度两倍；n机器字长：计算机能直接处理的二进制数据的位数第12页/共49页操作码意义 助记符 00H加，A + NUMA ADD A, NUM(数字) 01H减，A NUMA SUB A, (ADDR) 02H乘，A * ADDR存储单元中的数据A MUL A, (ADDR) 03H除，A / ADDR存储单元中的数据A DIV A, (ADDR) 04H逻辑与，A and NUMA AND A, NUM 05H取数，将一个数取到A中

5、LD A，NUM 06H存数，将A中的数保存到ADDR存储单元中 MOV (ADDR), A 07H停机 STOP 第13页/共49页第14页/共49页第15页/共49页第16页/共49页第17页/共49页第18页/共49页第19页/共49页第20页/共49页第21页/共49页第22页/共49页第23页/共49页第24页/共49页第25页/共49页数字逻辑电路设计方法的微控制电路图：第26页/共49页第27页/共49页第28页/共49页微程序控制器的结构框图第29页/共49页第30页/共49页3.4 计算机的工作过程计算机的工作过程主机完成一条指令的过程主机完成一条指令的过程第31页/共49页

6、123567891)1)以取数指令为例以取数指令为例4CU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第32页/共49页123567982)2)以存数指令为例以存数指令为例4CU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第33页/共49页取取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 a 在运算器中在运算器中存存a ax2 在存储器中在存储器中取取b 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a ax2

7、在运算器中在运算器中加加c c 在运算器中在运算器中= (= (a ax + + b b) )x + + c c 取取x 至运算器中至运算器中乘以乘以a a 在运算器中在运算器中加加b 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 c 在运算器中在运算器中计算计算 ax2 + bx + c3)编程举例编程举例第34页/共49页4) ) 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 )+)

8、+ 1 PC1 PC 执行指令执行指令 MARMARM MMDRMDRIRIRPCPCCUCUOP(IR)OP(IR)Ad(IR)Ad(IR)MARMARM MMDRMDRACCACCPCPC第35页/共49页第36页/共49页o3级流水线级流水线CPU的执行过程的执行过程第37页/共49页第38页/共49页第39页/共49页第40页/共49页第41页/共49页第42页/共49页第43页/共49页期。第44页/共49页(1) 指令系统复杂。具体表现在指令数多、寻指令系统复杂。具体表现在指令数多、寻址方式多、指令格式多。址方式多、指令格式多。o(2) 绝大多数指令需要多个时钟周期才能绝大多数指令

9、需要多个时钟周期才能执行完成。执行完成。o(3) 各种指令都可访问存储器。各种指令都可访问存储器。o(4) 采用微程序控制。采用微程序控制。o(5) 有专用寄存器。有专用寄存器。o(6) 难以用优化编译生成高效的目标代码难以用优化编译生成高效的目标代码程序程序早期CISC设计风格的主要特点：第45页/共49页RISC技术的主要特征：o 简化的指令系统。表现在指令数较少、基本寻址方式少简化的指令系统。表现在指令数较少、基本寻址方式少、指令格式少、指令字长度一致。、指令格式少、指令字长度一致。o 以寄存器寄存器方式工作。以寄存器寄存器方式工作。o 以流水方式工作，从而可在一个时钟周期内执行完毕。以流水方式工作，从而可在一个时钟周期内执行完毕。o 使用较多的通用寄存器以减少访存，不设置或少设置专使用较多的通用寄存器以减少访存，不设置或少设置专用寄存器。用寄存器。o 采用由阵列逻辑实现的组合电路控制器，不用或少用微采用由阵列逻辑实现的组合电路控制器，不用或少用微程序。程序。o 采用优化编译技术，保证流水线畅通，对寄存器分配进采用优化编译技术，保证流水线畅通，对寄存器分配进行优化。行优化。第46页/共49页3.7 高性能处理及技术多发射技术：一个时钟周期内发出多条指令多发射技术：一个时钟周期内发出多条指令。o