计算机组成原理2014-第三讲

计算机组成原理第三讲计算机科学与技术学院舒燕君指令和数据存于主存单元的地址指令注释操作码地址码00000010000001000取数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将ax2

+bx

+c

,存于主存单元60001010000001100打印7000110停机8x原始数据x9a原始数据a10b原始数据b11c原始数据c12存放结果1.2计算

ax2

+bx

+c

程序MDR设MAR

=4

位MDR

=8

位单元个数

16字长81.2反映器地址寄存器单元的个数反映器数据寄存器字长(1)器的基本组成MARMDR主

器体MARACCMQX加法被加数和加数减法被减数差减数乘法乘积乘数乘积低位被乘数除法被除数余数商除数(2)运算器的基本组成及操作过程1.2运算器MQACCALUX取指访存执行访存PC

存放当前欲执行指令的地址，具有计数功能（PC）+

1

PCIR

存放当前欲执行的指令完成

取指令

PC一条

分析指令

IR指令执行指令

CU1.2(3)控制器的基本组成CU

控制单元PCIRCU569(4)主机完成一条指令的过程以取数指令为例141.2CU控制单元主器2

7

3

8MAR

MDR体CPUPC控制器IR…运算器MQACCALUXI/O设备ax2

+bx

+c

程序的运行过程将程序通过输入设备送至计算机打印结果停机…1.2MDR

IR ,(PC

)+

1

PC取指令

PC

MAR

M分析指令

OP(IR)

CU执行指令

Ad(IR)

MAR程序首地址

PC启动程序运行M

MDR

ACC第１章计算机系统概论第２章计算机的发展及应用第３章系统总线第４章

器第５章输入输出系统第６章计算机的运算方法第７章指令系统第８章CPU

的结构和功能第９章控制单元的功能第10章控制单元的设计第２章计算机的发展及应用计算机的发展史计算机的应用计算机的展望2.1

计算机的发展史一、计算机的产生和发展1946年ENIAC1955年退役十进制运算18000多个电子管1500多个继电器150千瓦30吨1

500平方英尺5

000次加法／秒用手工搬动开关和拔插电缆来编程世界上第一台电子计算机ENIAC(1946)2.1两位杰出的计算机科学家图灵（Turing）冯·诺依曼（John

Vonan）硬件技术对计算机更新换代的影响代时间硬件技术速度/（次/秒）—1946－1957电子管40

000二1958－1964晶体管200

000三1965－1971中小规模集成电路四1972－大规模集成电路10

000

000五1978－现在超大规模集成电路100

000

0002.1第一台vonann

系统结构的计算机2.1IBM

System／3602.1二、微型计算机的出现和发展微处理器4位（4004）位位位位器256位1K位4K位16K位64K位256K位1M位4M位16M位64M位年1970年2.1Moore

定律In

公司的缔造者之一Gordon Moore

提出微

上集成的晶体管数目每三年翻两番2.1n

公司的典型微处理器产品

2.180808位1974年808616位1979年2.9

万个晶体管8028616位1982年13.4

万个晶体管8038632位1985年27.5

万个晶体管8048632位120.0

万个晶体管Pentium64位（准）1993年310.0万个晶体管PentiumPro64位（准）1995年550.0

万个晶体管Pentium

Ⅱ64位（准）1997年750.0

万个晶体管Pentium

Ⅲ64位（准）1999年950.0万个晶体管Pentium

Ⅳ64位2000年4

200.0

万个晶体管I2012

年上可集成10

亿

个晶体管FORTRANPASCALC＋＋Java三、

技术的兴起和发展1.

各种语言机器语言面向机器汇编语言面向机器高级语言面向问题科学计算和工程计算结构化程序设计面

象适应网络环境2.12.

系统语言处理程序汇编程序编译程序解释程序操作系统DOS

UNIX

Windows装配

调试

排错服务性程序数据库管理系统数据库和数据库管理网络2.13.发展的特点⑴开发周期长⑵制作成本昂贵⑶

检测

产品质量的特殊性是程序以及开发、使用和程序所需要的所有文档2.12.2

计算机的应用一、科学计算和数据处理二、工业控制和实时控制三、网络技术电子商务网络教育敏捷制造四、虚拟现实五、办公自动化和管理信息系统六、CAD/CAM/CIMS七、多

技术八、人工智能2.22.3

计算机的展望一、计算机具有类似人脑的一些超级智能功能要求计算机的速度达1015/秒二、

集成度的提高受以下

面的限制集成度受物理极限的制约按几何级数递增的制作成本的功耗、散

延迟三、？替代传统的硅光计算机利用光子取代电子进行运算和DNA生物计算机通过控制DNA分子间的生化反应量子计算机利用原子所具有的量子特性2.3第１章计算机系统概论第２章计算机的发展及应用第３章系统总线第４章

器第５章输入输出系统第６章计算机的运算方法第７章指令系统第８章CPU

的结构和功能第９章控制单元的功能第10章控制单元的设计第３章系统总线总线的基本概念总线的分类总线特性及性能指标总线结构总线控制3.1

总线的基本概念一、为什么要用总线二、

总线总线是连接各个部件的信息传输线，是各个部件共享的传输介质三、总线上信息的传送串行并行四、总线结构的计算机举例1.面向CPU

的双总线结构框图处理器CPUI/O总线M总线3.1主存I/O接口I/O设备1I/O设备2……I/O接口I/O接口I/O设备n单总线（系统总线）2.

单总线结构框图CPU主存I/O接口I/O设备1I/O设备2I/O接口…I/O设备nI/O接口…3.13.以器为中心的双总线结构框图系统总线主存CPUI/O接口I/O设备1…I/O设备nI/O接口…总线3.13.2

总线的分类1.片内总线2.系统总线数据总线的总线地址总线控制总线计算机各部件之间的信息传输线双向

与机器字长、

字长有关单向

与

地址、

I/O地址有关有出有入器读、

器写总线允许、中断确认中断请求、总线请求3.23.通信总线用于计算机系统之间或计算机系统与其他系统（如控制仪表、移动通信等）之间的通信串行通信总线传输方式并行通信总线3.3

总线特性及性能指标CPU插板主存插板I/O插板一、总线物理实现BUS主板1.机械特性2.电气特性3.功能特性4.时间特性二、总线特性尺寸、形状、管脚数及排列顺序传输方向和有效的电平范围每根传输线的功能信号的时序关系3.3地址数据控制三、总线的性能指标总线宽度总线带宽3.时钟同步/异步同步、不同步总线复用信号线数总线控制方式其他指标数据线的根数每秒传输的最大字节数（MBps）地址线与数据线复用地址线、数据线和控制线的总和负载能力突发、自动、仲裁、逻辑、计数3.3ISAEISAVESA(LV-BUS)PCIAGPRS-232USB模块系统总线标准四、总线标准系统模块3.3标准界面总线标准数据线总线时钟带宽ISA168MHz（独立）16

MBpsEISA328MHz（独立）33

MBpsVESA(VL-BUS)3233MHz（CPU）133

MBpsPCI326433

MHz（独立）66

MHz（独立）132

MBps528

MBpsAGP3266.7

MHz（独立）133

MHz（独立）266

MBps533

MBpsRS-232串行通信总线标准数据终端设备（计算机）和数据通信设备（调制解调器）之间的标准接口USB串行接口总线标准普通无 双绞线带 双绞线最高1.5

Mbps

(USB1.0)12

Mbps

(USB1.0)480

Mbps

(USB2.0)3.3四、总线标准3.4

总线结构一、单总线结构单总线（系统总线）CPU主存I/O接口I/O设备1I/O设备2I/O接口…I/O设备nI/O接口…具有特殊功能的处理器，由通道对I/O

管理通道I/O接口设备n……I/O接口设备0CPU主存1.双总线结构主存总线I/O总线二、多总线结构3.42.

三总线结构主存总线DMA总线I/O总线CPU主存设备1设备n高速外设I/O接口I/O接口I/O接口……3.43.

三总线结构的又一形式3.4局域网系统总线CPUCache局部总线扩展总线接口扩展总线Modem串行接口SCSI局部I/O控制器主存4.

四总线结构多Modem主存扩展总线接口局域网SCSICPU串行接口FAX系统总线局部总线高速总线扩展总线图形Cache/桥3.41.

传统微型机总线结构三、总线结构举例