計算機與匯編課件

計算機組成原理與匯編語言

（組成原理部分）

2000級Tel：，Mail：課程介紹（1）教學(xué)內(nèi)容：計算機單機系統(tǒng)的組成及其工作原理存儲系統(tǒng)的組成與基本工作原理內(nèi)部存儲器的組成與工作原理高速緩沖存儲器的結(jié)構(gòu)與工作原理輔助存儲器的結(jié)構(gòu)與工作原理虛擬存儲系統(tǒng)等指令系統(tǒng)的分析與設(shè)計指令系統(tǒng)基本要素指令系統(tǒng)的設(shè)計典型指令系統(tǒng)分析CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與工作原理運算器結(jié)構(gòu)基本運算方法控制單元的結(jié)構(gòu)指令執(zhí)行過程分析控制單元的設(shè)計（硬連線設(shè)計）微程序控制器系統(tǒng)總線及輸入輸出系統(tǒng)課程介紹（2）目的掌握計算機的基本組成、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理。培養(yǎng)學(xué)生分析和設(shè)計計算機的能力。重點與難點主存儲器與高速緩沖存儲器指令系統(tǒng)的設(shè)計CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與工作原理與其他課程的關(guān)系課程定位：計算機專業(yè)基礎(chǔ)課程、重點必修課程（7學(xué)分）；先導(dǎo)課程：計算機導(dǎo)論、數(shù)字邏輯；后續(xù)課程：計算機接口與通信、計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；課程安排課堂教學(xué)：共72學(xué)時（含匯編語言部分）同步實驗：計算機教學(xué)實驗中心單獨開設(shè)，但成績計入本課程。課程考試：期終考試（含匯編語言，A、B卷，閉卷）成績：考試成績×85％＋實驗成績×15％第一部分：概述透視計算機：計算機組成與結(jié)構(gòu)總結(jié)計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)計算機的組成部件簡介計算機的內(nèi)部連接理解計算機：計算機的基本工作過程指令的含義程序的執(zhí)行計算機最基本的操作與控制：微操作1.1計算機系統(tǒng)硬件（Hardware）計算機的實體部分，可以實現(xiàn)計算機最基本的操作行為。軟件（Software）使計算機實現(xiàn)各種功能的程序集合。包括系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件兩大類。1.2計算機系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)計算機的層次結(jié)構(gòu)的演變實際機器M1（機器語言程序）機器語言匯編語言高級語言虛擬機器M3（高級語言程序）虛擬機器M2（匯編語言程序）1.2計算機系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)四級層次結(jié)構(gòu)的計算機系統(tǒng)實際機器M1（機器語言程序）虛擬機器M3（高級語言程序）虛擬機器M2（匯編語言程序）第一級第二級第三級微程序機器M0（微指令系統(tǒng)）第零級機器語言程序直接在M1上運行將匯編語言程序先翻譯成機器語言程序，然后在M1上運行將高級語言程序先翻譯成匯編語言程序或機器語言程序，再在M1或M2上運行用微程序解釋機器指令，由硬件系統(tǒng)直接執(zhí)行微程序1.3計算機的基本組成計算機的功能 DataProcessing(數(shù)據(jù)處理) DataStorage（數(shù)據(jù)存儲） DataMovement（數(shù)據(jù)移動，交換） Control（控制）計算機的功能結(jié)構(gòu)1.3計算機的基本組成運算器：實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理的部件完成最基本的算術(shù)邏輯運算ALU(ArithmeticandLogicUnit）＋Registers＋DataPath

運算器與機器字長（字的概念）的關(guān)系運算器與機器性能指標：MIPS：MillionsofInstructuionsPerSecondSPEC：SystemPerformanceEvaluationCooperative（SPECint’2000，SPECfp’2000

）簡單運算器結(jié)構(gòu)圖1.3計算機的基本組成控制器：實現(xiàn)控制功能的部件提供各部件工作所需的控制信號，控制計算機其他部件協(xié)同工作指令部件（InstructionRegister，InstructionDecoder）指令順序控制（ProgramCounter）時序邏輯部件（Clock，Timer，SequencingLogic）控制信號生成部件（ControlSignalGeneratororControlMemory）運算器＋控制器＝CPU（CentralProcessUnit）控制器結(jié)構(gòu)簡圖1.3計算機的基本組成輸入輸出：實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換的部件實現(xiàn)計算機內(nèi)部與外界（其他系統(tǒng)或人類）的信息交換實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換的設(shè)備：輸入設(shè)備、輸出設(shè)備接口標準與接口部件計算機整體結(jié)構(gòu)簡圖1.4計算機結(jié)構(gòu)總線結(jié)構(gòu)總線：符合一定的標準的一組公共數(shù)據(jù)通道構(gòu)成：地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線單總線結(jié)構(gòu)多總線結(jié)構(gòu)標準總線ISA---IndustryStandardArchitecture（工業(yè)標準結(jié)構(gòu)）EISA----ExtendedISA（擴展工業(yè)標準結(jié)構(gòu)）PCI----PeripheralConnectionInterface(周邊元件擴充接口)SCSI----SmallComputerSystemInterface(小型計算機系統(tǒng)接口)1.4計算機結(jié)構(gòu)1946年，馮·諾依曼與同事開始研制IAS,雖直到1952年仍未完成，但該機結(jié)構(gòu)被公認為隨后發(fā)展起來的通用計算機的原型。1.4計算機結(jié)構(gòu)普通PC（PC/XT）的內(nèi)部結(jié)構(gòu)1.4計算機結(jié)構(gòu)普通PC（Pentium）的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（多總線結(jié)構(gòu)）機器指令：計算機硬件可以執(zhí)行的表示一種基本操作的二進制代碼。指令格式：操作碼＋操作數(shù)（操作數(shù)地址）操作碼：指明指令的操作性質(zhì)操作數(shù)（地址）：指令操作數(shù)的位置（或操作數(shù)本身）2.1計算機的工作過程程序：在此特指一段機器指令序列。完成一定的功能，采用某種算法，具備一定的流程；計算機按照程序所規(guī)定的流程和指令順序，一條一條地執(zhí)行指令，達到完成程序所規(guī)定的功能的目的。計算機采用程序計算器（ProgramCounter）來決定指令執(zhí)行的順序。操作碼操作數(shù)地址110101011000010001010ExampleY=ax2+bx-c假定a,b,c,x均為已知數(shù)，且存放在內(nèi)存中，求y。地址結(jié)果y將存放在此值a值b值c值x內(nèi)存00H02H04H06H08H0AH0CH0EH10H12H14H16H18H假定指令系統(tǒng)：16位指令系統(tǒng)OpcodeAddress88操作碼說明00HAC(AC)＋Mem(Add)01HACMem(Add)02HAC(AC)—Mem(Add)指令A(yù)DDLDSUB03HAC(AC)×Mem(Add)MUL04HMem(Add)(AC)STExampleY=ax2+bx-c假定a,b,c,x均為已知數(shù)，且存放在內(nèi)存中，求y。地址結(jié)果y將存放在此值a值b值c值x內(nèi)存00H02H04H06H08H0AH0CH0EH10H12H14H16H18H操作碼說明00HAC(AC)＋Mem(Add)01HACMem(Add)02HAC(AC)—Mem(Add)指令A(yù)DDLDSUB03HAC(AC)×Mem(Add)MUL04HMem(Add)(AC)ST程序如下代碼0112HACa0318HACax0014HACax+b指令LDaMULxADDb0318HACax2+bxMULx0216HACax2+bx-cSUBc0410HMem(AC)STy補1：微操作微操作：計算機可以完成的最基本的操作，一條機器指令的執(zhí)行可以解釋為一系列的微操作的執(zhí)行操作性質(zhì)：對數(shù)據(jù)進行某種處理操作對象操作的時間與條件微操作AB微操作