第2章计算机结构 外存 储器 输入 内存 输出 设备 储器 设备 内存 控制器 储器 注:→数据信号 控制信号
第2章 计算机结构 外存 储器 内存 储器 输出 设备 输入 设备 内存 控制器 储器 注： 数据信号 CPU 控制信号
第2章计算机结构 2.1中央处理器 ■2.2指令系统 2.3指令执行 2.4流水线技术 2.5存储系统 2.6外围设备 2.7输入输出方式 2.8多处理器 RESTRI
第2章 计算机结构 ◼ 2.1 中央处理器 ◼ 2.2 指令系统 ◼ 2.3 指令执行 ◼ 2.4 流水线技术 ◼ 2.5 存储系统 ◼ 2.6 外围设备 ◼ 2.7 输入输出方式 ◼ 2.8 多处理器
2.1中央处理器 CPU Main Memory 主要功能: System PC MAR 顺序控制 MBR 操作控制 I/O AR 时间同步 VO BR 数据处理 主要部件 1/O Module 运算器 Pc=程序计数器 控制器 IF=指令哥存器 ners XAR=存贮器炮姒寄存 寄存器组 R=存佬器冲寄存器 I/OAR=1/0地址寄存器 I/OBE=I/0冲寄存番 s
2.1 中央处理器 ◼ 主要功能： ◼ 顺序控制 ◼ 操作控制 ◼ 时间同步 ◼ 数据处理 ◼ 主要部件: ◼ 运算器 ◼ 控制器 ◼ 寄存器组
运算器 算术运算:如加、减等算术操作 逻辑运算:如与、或非等逻辑操作。 1.指令取入寄存器; 寄存器 寄存器 2.控制器根据对指令的译码 发出控制信号: RAM 累加器 3 3.运算器执行,并将结果放入 2 累加器中 4.将结果存入内存中 控制器 运算器的工作流程 RESTRI
运算器 ◼ 算术运算：如加、减等算术操作 ◼ 逻辑运算：如与、或非等逻辑操作
控制器 功能: 根据当前程序计数器寄存器的值,从RAM中相应 的地址取出指令,并将它们放到指令寄存器中; 然后对指令进行译码,并根据译码的结果发送信 号给数据总线( Data bus),从RAM中取出操作 数,并发出适当的控制信号,控制运算器进行数 据的处理。 ■按设计和实现的途径可分为三类: ■硬连线控制器( Hardwired Controller) ■微程序控制器( Microprogrammed Controller) 门阵列控制器 RESTRI
控制器 ◼ 功能： ◼ 根据当前程序计数器寄存器的值，从RAM 中相应 的地址取出指令，并将它们放到指令寄存器中； 然后对指令进行译码，并根据译码的结果发送信 号给数据总线（Data Bus），从RAM 中取出操作 数，并发出适当的控制信号，控制运算器进行数 据的处理。 ◼ 按设计和实现的途径可分为三类： ◼ 硬连线控制器（Hardwired Controller） ◼ 微程序控制器（Microprogrammed Controller） ◼ 门阵列控制器
寄存器 用户可见的寄存器 数据寄存器( Data Register) 地址寄存器( Address Register) 控制和状态寄存器 程序计数器( Program Counter,PC) 指令寄存器( Instruction Register 状态条件寄存器 D15 D8 D7 图2.38088标志寄存器位结构 RESTRI
寄存器 ◼ 用户可见的寄存器 ◼ 数据寄存器（Data Register） ◼ 地址寄存器（Address Register） ◼ 控制和状态寄存器 ◼ 程序计数器（Program Counter，PC） ◼ 指令寄存器（Instruction Register） ◼ 状态条件寄存器
指令系统(1) ■指令是指示计算机执行某种操作的命令。 从计算机组成的层次结构来说,计算机 的指令有三种: 微指令: 微程序级的命令,属于硬件部分 宏指令: ■由若干条机器指令组成的软件指令,属于软件 机器指令: 介于微指令与宏指令之间,通常简称为指令 RESTRI
指令系统(1) ◼ 指令是指示计算机执行某种操作的命令。 从计算机组成的层次结构来说，计算机 的指令有三种： ◼ 微指令： ◼ 微程序级的命令，属于硬件部分 ◼ 宏指令： ◼ 由若干条机器指令组成的软件指令，属于软件 ◼ 机器指令： ◼ 介于微指令与宏指令之间，通常简称为指令
指令系统(2) CISC Complex Instruction Set Computer,复杂 指令集计算机 RISC Reduced Instruction Set Computer,精简 指令集计算机 RESTRI
指令系统(2) ◼ CISC ◼ Complex Instruction Set Computer，复杂 指令集计算机 ◼ RISC ◼ Reduced Instruction Set Computer，精简 指令集计算机
指令系统(3) CISC 采用微程序设计方法实现指令的控制器 减轻编程的工作量,缩短程序代码 n由于大量的复杂指令、可变的指令长度、 多种的寻址方式,大大增加了解码的难度, 代码难以优化,执行效率低 RESTRI
指令系统(3) ◼ CISC ◼ 采用微程序设计方法实现指令的控制器 ◼ 减轻编程的工作量，缩短程序代码 ◼ 由于大量的复杂指令、可变的指令长度、 多种的寻址方式，大大增加了解码的难度， 代码难以优化，执行效率低
指令系统(4) RISC IBM370CISC系统占总指令数仅20%的简单指令在 程序调用中占了80%,而占指令数80%的复杂指 令却只有20%的机会用到 RISC具有以下的特点: 指令系统简化,由一些基本的、必要的指令构成 n除LOAD/ STORE指令外,所有指令只与寄存器打交道, 都在一个时钟周期内执行完毕 绝大部分采用硬联线控制,不用或少用微程序实现; 使用较多的通用寄存器,没有专用寄存器; 采用优化编译技术,生成高效的目标代码程序。 RESTRI
指令系统(4) ◼ RISC ◼ IBM370CISC系统占总指令数仅20%的简单指令在 程序调用中占了80%，而占指令数80%的复杂指 令却只有20%的机会用到 ◼ RISC具有以下的特点： ◼ 指令系统简化，由一些基本的、必要的指令构成； ◼ 除LOAD/STORE指令外，所有指令只与寄存器打交道， 都在一个时钟周期内执行完毕； ◼ 绝大部分采用硬联线控制，不用或少用微程序实现； ◼ 使用较多的通用寄存器，没有专用寄存器； ◼ 采用优化编译技术，生成高效的目标代码程序