计算机与汇编课件

计算机组成原理与汇编语言

（组成原理部分）

2000级Tel：，Mail：课程介绍（1）教学内容：计算机单机系统的组成及其工作原理存储系统的组成与基本工作原理内部存储器的组成与工作原理高速缓冲存储器的结构与工作原理辅助存储器的结构与工作原理虚拟存储系统等指令系统的分析与设计指令系统基本要素指令系统的设计典型指令系统分析CPU的内部结构与工作原理运算器结构基本运算方法控制单元的结构指令执行过程分析控制单元的设计（硬连线设计）微程序控制器系统总线及输入输出系统课程介绍（2）目的掌握计算机的基本组成、内部结构和工作原理。培养学生分析和设计计算机的能力。重点与难点主存储器与高速缓冲存储器指令系统的设计CPU的内部结构与工作原理与其他课程的关系课程定位：计算机专业基础课程、重点必修课程（7学分）；先导课程：计算机导论、数字逻辑；后续课程：计算机接口与通信、计算机系统结构；课程安排课堂教学：共72学时（含汇编语言部分）同步实验：计算机教学实验中心单独开设，但成绩计入本课程。课程考试：期终考试（含汇编语言，A、B卷，闭卷）成绩：考试成绩×85％＋实验成绩×15％第一部分：概述透视计算机：计算机组成与结构总结计算机系统的层次结构计算机的组成部件简介计算机的内部连接理解计算机：计算机的基本工作过程指令的含义程序的执行计算机最基本的操作与控制：微操作1.1计算机系统硬件（Hardware）计算机的实体部分，可以实现计算机最基本的操作行为。软件（Software）使计算机实现各种功能的程序集合。包括系统软件、应用软件两大类。1.2计算机系统层次结构计算机的层次结构的演变实际机器M1（机器语言程序）机器语言汇编语言高级语言虚拟机器M3（高级语言程序）虚拟机器M2（汇编语言程序）1.2计算机系统层次结构四级层次结构的计算机系统实际机器M1（机器语言程序）虚拟机器M3（高级语言程序）虚拟机器M2（汇编语言程序）第一级第二级第三级微程序机器M0（微指令系统）第零级机器语言程序直接在M1上运行将汇编语言程序先翻译成机器语言程序，然后在M1上运行将高级语言程序先翻译成汇编语言程序或机器语言程序，再在M1或M2上运行用微程序解释机器指令，由硬件系统直接执行微程序1.3计算机的基本组成计算机的功能 DataProcessing(数据处理) DataStorage（数据存储） DataMovement（数据移动，交换） Control（控制）计算机的功能结构1.3计算机的基本组成运算器：实现数据处理的部件完成最基本的算术逻辑运算ALU(ArithmeticandLogicUnit）＋Registers＋DataPath

运算器与机器字长（字的概念）的关系运算器与机器性能指标：MIPS：MillionsofInstructuionsPerSecondSPEC：SystemPerformanceEvaluationCooperative（SPECint’2000，SPECfp’2000

）简单运算器结构图1.3计算机的基本组成控制器：实现控制功能的部件提供各部件工作所需的控制信号，控制计算机其他部件协同工作指令部件（InstructionRegister，InstructionDecoder）指令顺序控制（ProgramCounter）时序逻辑部件（Clock，Timer，SequencingLogic）控制信号生成部件（ControlSignalGeneratororControlMemory）运算器＋控制器＝CPU（CentralProcessUnit）控制器结构简图1.3计算机的基本组成输入输出：实现数据交换的部件实现计算机内部与外界（其他系统或人类）的信息交换实现数据交换的设备：输入设备、输出设备接口标准与接口部件计算机整体结构简图1.4计算机结构总线结构总线：符合一定的标准的一组公共数据通道构成：地址总线、数据总线、控制总线单总线结构多总线结构标准总线ISA---IndustryStandardArchitecture（工业标准结构）EISA----ExtendedISA（扩展工业标准结构）PCI----PeripheralConnectionInterface(周边元件扩充接口)SCSI----SmallComputerSystemInterface(小型计算机系统接口)1.4计算机结构1946年，冯·诺依曼与同事开始研制IAS,虽直到1952年仍未完成，但该机结构被公认为随后发展起来的通用计算机的原型。1.4计算机结构普通PC（PC/XT）的内部结构1.4计算机结构普通PC（Pentium）的内部结构（多总线结构）机器指令：计算机硬件可以执行的表示一种基本操作的二进制代码。指令格式：操作码＋操作数（操作数地址）操作码：指明指令的操作性质操作数（地址）：指令操作数的位置（或操作数本身）2.1计算机的工作过程程序：在此特指一段机器指令序列。完成一定的功能，采用某种算法，具备一定的流程；计算机按照程序所规定的流程和指令顺序，一条一条地执行指令，达到完成程序所规定的功能的目的。计算机采用程序计算器（ProgramCounter）来决定指令执行的顺序。操作码操作数地址110101011000010001010ExampleY=ax2+bx-c假定a,b,c,x均为已知数，且存放在内存中，求y。地址结果y将存放在此值a值b值c值x内存00H02H04H06H08H0AH0CH0EH10H12H14H16H18H假定指令系统：16位指令系统OpcodeAddress88操作码说明00HAC(AC)＋Mem(Add)01HACMem(Add)02HAC(AC)—Mem(Add)指令ADDLDSUB03HAC(AC)×Mem(Add)MUL04HMem(Add)(AC)STExampleY=ax2+bx-c假定a,b,c,x均为已知数，且存放在内存中，求y。地址结果y将存放在此值a值b值c值x内存00H02H04H06H08H0AH0CH0EH10H12H14H16H18H操作码说明00HAC(AC)＋Mem(Add)01HACMem(Add)02HAC(AC)—Mem(Add)指令ADDLDSUB03HAC(AC)×Mem(Add)MUL04HMem(Add)(AC)ST程序如下代码0112HACa0318HACax0014HACax+b指令LDaMULxADDb0318HACax2+bxMULx0216HACax2+bx-cSUBc0410HMem(AC)STy补1：微操作微操作：计算机可以完成的最基本的操作，一条机器指令的执行可以解释为一系列的微操作的执行操作性质：对数据进行某种处理操作对象操作的时间与条件微操作AB微操作