电子科枚大学 软件技术基础 1.2计算机系统的构成及工作原理 主讲教师：刘民岷 航空航天学院 软件技术基础课程组 2019年5月
软件技术基础 1.2 计算机系统的构成及工作原理 主讲教师：刘民岷 航空航天学院 软件技术基础课程组 2019年5月
硬件系统+软件系统 应用软件 用户接口 编译器 汇编器数据库管理系统 系统软件 操作系统 设备驱动程序W®b浏览器中断服务程序 系统调用接口 软件 硬件 异常事件处理机构 硬件向上提供的接口 硬件系统 ·指令系统 控制器CPU高速缓存RAM ·异常事件 I/O子系统 通信子系统 ·端口定义 I/O和通信接口 硬件设备 I/O设备通信设备 电子科技大学刘民岷 计算机系统的构成 2
电子科技大学 刘民岷 2 硬件系统+软件系统 计算机系统的构成 硬件向上提供的接口 • 指令系统 • 异常事件 • 端口定义
冯诺依曼体系结构计算机 运算器 原始数据和指令 计算结果 输入设备 存储器 输出设备 控制器 ·硬件组成：五部分 运算器、存储器、控制器、输入设备、输出设备 。信息表示：二进制 控制信息和数据信息均采用二进制表示，并存放在同一个存储器中。 。工作原理：存储程序/指令（控制）驱动 编制好的程序（包括指令和数据）预先经由输入设备输入并保存在存储 器中；计算机开始工作后，自动、高速地依次从存储器中取出指令并加 以执行。 电子科技大学刘民岷 计算机系统的构成 3
电子科技大学 刘民岷 3 冯诺依曼体系结构计算机 计算机系统的构成 • 硬件组成：五部分 运算器、存储器、控制器、输入设备、输出设备 • 信息表示：二进制 控制信息和数据信息均采用二进制表示，并存放在同一个存储器中。 • 工作原理：存储程序/指令(控制)驱动 编制好的程序(包括指令和数据)预先经由输入设备输入并保存在存储 器中；计算机开始工作后，自动、高速地依次从存储器中取出指令并加 以执行
内存结构 地址 内容 位7 位0 00 存储单元 01 02 来自CPU的 地址信号 地址寄存器 地址译码器 数据缓冲器 送至CPU 的数据总线 2-2 2P_ 来自CPU的 控制 控制信号 电路 》主存储器由许多字节单元组成，每个单元都有一个唯一的编号（存储单 元地址)，称为该单元的地址 >访问（读或写）存储单元：CPU发送的地址信号经地址译码后产生相应的 选通信号选中目标单元，在控制信号的作用下对目标单元进行读写 电子科技大学刘民岷 计算机系统的构成 4
电子科技大学 刘民岷 4 内存结构 计算机系统的构成 主存储器由许多字节单元组成，每个单元都有一个唯一的编号（存储单 元地址），称为该单元的地址 访问(读或写)存储单元 ：CPU发送的地址信号经地址译码后产生相应的 选通信号选中目标单元，在控制信号的作用下对目标单元进行读写
CPU内部结构 地址总线AB 数据总线DB 个 0 地址缓冲器 数据缓冲器 内部总线 指令寄存器IR 累加器ACC 暂存 时钟脉冲源 操作码，地址码 → 通用寄存器组 工 堆栈指针SP 累加锁存器 器 脉冲分配器 指令译码器D 程序计数器PC 算术逻辑单元ALU 微操作控制电路 标志寄存器FR 控制总线CB 控制器 寄存器组 1 运算器 电子科技大学刘民岷 计算机系统的构成 5
电子科技大学 刘民岷 5 CPU内部结构 计算机系统的构成 算术逻辑单元ALU 累加器ACC 累加锁存器 暂存 器 标志寄存器FR 通用寄存器组 堆栈指针SP 程序计数器PC 微操作控制电路 指令译码器ID 指令寄存器IR 操作码 , 地址码 脉冲分配器 时钟脉冲源 控制总线CB 地址总线AB 数据总线DB 内部总线 地址缓冲器 数据缓冲器 控制器 寄存器组 运算器
程序的执行过程 MOV 5CH,R1 取指令、分析指令、执行指令 内存储器 地址 内容 ADD R1,2EH,R2 1000H BOH 1001H 读控制 AB 地址译码 5CH 1002H 04H 1003H 2EH DB CPU外 地址缓冲器 数据缓冲器 CPU内 内部总线 ][o 程序计数 指令寄存器IR 寄存器组 累加器ACC 暂存器 器PC 操作码，地址码 ⑦ 指令译码器D ALU 操作控制器OC ⑧ 标志寄存器FR 电子科技大学刘民岷 计算机系统的构成 6
电子科技大学 刘民岷 6 程序的执行过程 计算机系统的构成 AB DB ALU 累加器ACC 暂存器 标志寄存器FR 寄存器组 操作控制器OC 指令译码器ID 指令寄存器IR 操作码, 地址码 内部总线 地址缓冲器 数据缓冲器 程序计数 器PC 地 址 译 码 读控制 B0H 5CH 04H 2EH 地址 1001H 1002H 1003H 内容 1000H 内存储器 MOV 5CH, R1 ADD R1, 2EH, R2 ＋1 CPU外 CPU内 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ① ⑥ ② ① ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ 取指令、分析指令、执行指令
计算机系统的语言层次结构 系统分析层（数学模型、算法） 应用语言虚拟机 用户程序层（语言编程) 高级语言虚拟机 语言处理层（解释、编译） 汇编语言虚拟机 操作系统层 ←→ 操作系统虚拟机 指令系统层（机器语言指令） 机器语言级 微体系结构层 (微程序或硬连逻辑) ←→ 微程序级 级 数字逻辑层（硬件） 寄存器级（硬件） (a)软硬件层次 (b)语言层次 电子科技大学刘民岷 计算机系统的构成 7
电子科技大学 刘民岷 7 计算机系统的语言层次结构 计算机系统的构成 微体系结构层 （微程序或硬连逻辑） 操作系统层 语言处理层（解释、编译） 用户程序层（语言编程） 系统分析层（数学模型、算法） 硬核 级 数字逻辑层（硬件） 指令系统层（机器语言指令） 应用语言虚拟机 高级语言虚拟机 汇编语言虚拟机 操作系统虚拟机 机器语言级 微程序级 寄存器级（硬件） （a）软硬件层次 （b）语言层次