计算机组成原理CH2FYZ.ppt

1、,教师：李建 Tel:,计算机组成原理,2, 主要内容： CPU的总体结构，CPU与主存储器间的信息交换，主机与 IO间的数据通路与信息交换方式，时序系统 重点： CPU的总体结构，主机与 IO间的信息交换方式，时序系统 难点： 时序系统,第二章 机器指令级的组成,3,2.1 中央处理器的总体结构 CPU通常由以下几部分构成： (1)控制部件 (2)算术逻辑运算部件ALU(Arithmetic Logic Unit) (3)各种寄存器 (4) CPU内部数据通道,第二章 机器指令级的组成,4,2.1 中央处理器的总体结构 一. ALU部件与

2、寄存器 1. ALU部件 实现算术逻辑运算的部件 2. 寄存器 (1) 通用寄存器 功能，通用，位数，数目，构成，可编程， (2) 暂存器 (3) 指令寄存器IR(Instruction Register)或指令队列 (4) 程序计数器PC(Program Counter) (5) 状态寄存器 PSW(Program State Word),第二章 机器指令级的组成,5,2.1 中央处理器的总体结构 二、 总线（Bus） 1.地址总线AB：传送地址信息（如主存地址、外设地址） 2.数据总线DB：传送数据信息（如数、命令字、或状态字） 3.控制总线CB：传送、状态信息 4.单向总线和双向总线,第

3、二章 机器指令级的组成,6,CPU,主存,接口,接口,I/O,I/O,系统总线（地址、数据、控制）,第二章 机器指令级的组成,7,2.1 中央处理器的总体结构 三、 CPU内部数据通路 1. 单总线数据通路结构,暂存器T1,暂存器T2,R0,Rn,MDR,MAR,PC,IR,R1,ALU,第二章 机器指令级的组成,CPU内总线,（Ro)+(R1)=R1 (R0)+(M0)=R0,8,2.1 中央处理器的总体结构 三、 CPU内部数据通路 2.多组内总线结构,暂存器T1,暂存器T2,R1,Rn,R0,MDR,MAR,PC,IR,ALU,多路开关,多路开关,第二章 机器指令级的组成,输入数据总线,

4、ALU数据总线,寄存器数据总线,9,2.2 CPU与主存储器间的信息交换 一、 CPU与主存间的信息交换 存储器地址寄存器MAR 存储器数据寄存器MDR 二、 主存储器的基本特性,MAR,地址译码器,MDR,主存控制线路,地址,数据,控制,第二章 机器指令级的组成,读操作： 写操作：,10,2.2 CPU与主存储器间的信息交换 三、 堆栈 1. 存储器堆线 2. 寄存器组成的堆栈,第二章 机器指令级的组成,11,2.3 主机与 IO间的数据通路与信息交换方式 一、 数据通路 1. 辐射型(星型),主机,I/O,I/O,I/O,第二章 机器指令级的组成,12,2.3 主机与 IO间的数据通路与信

5、息交换方式 一、 数据通路 1. 总线型,主机,I/O,I/O,第二章 机器指令级的组成,13,2.3 主机与 IO间的数据通路与信息交换方式 一、 数据通路 3. 通道型,主机,通道,I/O,通道,I/O,I/O,I/O,第二章 机器指令级的组成,14,2.3 主机与 IO间的数据通路与信息交换方式 二、 信息交换的控制方式 1. 程序直接控制方式 (1) 立即传送方式 (2) 程序查询方式 2. 程序中断传送方式 3. 直接访存DMA (Direct Memory Access)方式 4. 通道控制方式,数据寄存器,控制寄存器,I/O设备,状态寄存器,CPU,第二章 机器指令级的组成,I/

6、O接口,15,2.4 时序控制方式与时序系统 一、同步控制方式 同步控制方式指各项操作由统一的时序信号进行同步控制 二、同步控制方式的多级时序系统 1. 多级时序的概念 (1) 指令周期： (2) 机器周期： (3) 时钟周期(节拍)： (4) 时钟脉冲信号： 2. 多级时序信号之间的关系,第二章 机器指令级的组成,16,M1 M2 M3 T1 T2 T3 T4 CLK,三级时序信号间的关系图2-9,第二章 机器指令级的组成,17,2.4 时序控制方式与时序系统 二、同步控制方式的多级时序系统 3. 时序系统的组成,周期触发器,主振,时钟发生器,节拍发生器,启动暂停,M1 M2,T1 T2,第

7、二章 机器指令级的组成,18,三、指令的执行过程 1. 取指令 2. 分析指令 3. 取操作数 4. 执行操作 5. 形成下条指令地址,第二章 机器指令级的组成,19,2.5 典型 CPU举例 一、 80868088结构 (1) 执行部件EU: (2) 总线接口部件BIU: 二、 80868088寄存器 1. 段寄存器(CS,DS,ES,SS) 2. 通用寄存器 (1) 地址指针寄存器(SI,DI,SP,BP) (2) 数据寄存器(AX,BX,CX,DX),第二章 机器指令级的组成,20,2.5 典型 CPU举例 二、 80868088寄存器 3. 用于控制的寄存器 (1) 指令指针IP: 指

8、令物理地址=（CS）*16D+(IP) (2) 指令队列: 8086有6个字节，8088有4个字节 (3) 标志(状态)寄存器FR(Flags Register) 状态标志位 ：CF,AF,OF,PF,SF,ZF 控制标志位 ：IF,TF,DF,第二章 机器指令级的组成,21,2.5 典型 CPU举例 三、 80868088的主存储器 1. 8086/8088主存储器的特点 地址总线：20位地址 寻址能力：1MB 地址范围：00000H-FFFFFH 字节单元： 字单元：高字节和低字节,第二章 机器指令级的组成,22,2.5 典型 CPU举例 三、 80868088的主存储器 2. 主存储器的段结构 逻辑段：代码段，数据段，附加段，代码段 大小：=64KB 关系：邻接(相邻)，间隔（分离），部分重叠，完全重叠,第二章 机器指令级的组成,23,2