計算機構造概論

tt算械橫造概^

4/13（木）

竹村治雄

型zi^tfzL一夕基本*7一中〒

型=l^tf2L一夕

7才:/，d7：/三力t最初I二提示夕（D仕系且

否（D原型.垣在（D大半（D=ii/tfzL一夕I二引^^力Mvc

1/歷.

型二^^二一夕0）特徵

口公內藏方式

口^在夾行疇I二一夕外部力、邑與五馬【士玄

<,^^^二一夕內部（DXWLI裝置（D中I二亦三力、I：的內藏（格

㈱L夾行疇I二必要^口^^出"T

?逐次二一夕

口公力夕（PC）（^、5實行中（D命令在保持

>X^lcJ;oX,逐次的仁實行.

?固定命令七、2/卜7一中亍

,d7：/型=i：/tf二一夕7一中亍夕于^（757$/：/命令七、：;卜1士

出出上固定.

瀛形/ELI裝置

,d7：/型口:/廿二一夕（D?^EW3±1次元（余泉形）1r7卜'^^

?7才:/，彳7：/術卜兒本

典型的玄，型=l：/tfrL一夕口七、如t（妲理

裝置）（t/EM（格納裝置）力t分離隹二#ELI中I二

命令占亍^一夕^共存—Clz、^^

^（D"7夕七久要求一夕乾送力博竟合L二（D部分（D性

能^=ii/tfzL一夕全體（D性能在左右寸"馬二占力t多IA

=l：/tfzL一夕0）基本八一^^工"7橫成

?CPU(CentralProcessingUnit)

?入出力裝置

?N入

CPU

“處理裝置，而金口也AT2執(zhí)'八情輟（D處

理?加工?操作?演算在分擔f己八一工'7資源（裝置）

y

H\命令/弋久

J-

U>制御八久

夕

裝7

置

工

—

X

入

出

力

裝

亍一夕人

置

用爭品兌明

1^$＞入夕（register）:CPU內（D情幸艮格納裝置

“了比一夕（累算器）”，“^、方^',V—士呼

1力h^.

ALU（AarighmetricandLogicUnit）:算彳后^理演算裝置

演算操作（Operation）演算（D對象玄己情幸艮一夕）0

槿婁直右多槿考完

$/一＜T：/廿:制御裝置

情幸艮處理（D流41在制御守盲裝置4特I二命令（D實行

IKS序（C/一夕工：/入）在制御守馬裝置在^一^：/廿（tlz'j

用爭品兌明

裝置

一夕（D主玄情幸艮格納裝置在（主言己11）

8'5入夕玄if（DCPU內部（D情幸艮格納裝置在比敕

守盲匕？＜（//￡川士相對的1二大容量?晨期^格納械能

分特徵^友）辦

入出力裝置

裝置在未甫助守馬形^^3二大容量（D情幸艮在格

納f盲裝置（二九^外部/EK裝置，未甫助/EK裝置8'

為卡＞=i：/tfrL一夕外部I二而盲裝置（t（D通信（入出力）在行

5裝置在EX、意味入出力裝置（tlz、5

/女

各裝置通信路占特仁各裝置仁上^：共

用太;h⑸情幸艮0＞乾送路在八

用^^明

命令占亍'一夕

?(命令

一夕仁上盲普十算節(jié))情幸艮處理在制御守歪情幸隊

^小^裝置內。)命令(7)'7F匕7^格納寸^^^入夕力寸

口^力夕(PCyCS)己.

e-T一夕

備十算節(jié)^理(7)對象占玄引情輟內(D亍一夕(D

■7FL入在格納入夕^普通(PC)"士別1:蒲五三

HXfcU,(MAR)(tl^9.

裝置內(7)命令占亍'一夕

命令^^卜了一中〒

八一戶'^7工了械橫卜^工7械能仁上馬二一夕$/入亍公全

體（D械能（D分擔役割一夕7一中亍夕*r比八一

工"7械橫（t?7卜^工7械能夕一7工一示^41辦

夕一7工^^=7$/：/命令（D械能”

命令Hz、：;卜

2k一^^^口^二提示^；1T馬命令內一^

?命令七、2/卜7一中

7$/：/命令七、：/卜^^^OOX/tfzL一夕7一中亍夕千?VctLT考

Z.bH,InstructionSetArchitecture（ISA:命令Hz、：/卜T一

一夕內部仁出U■盲數0）表垣形式

?2迤數

“0”，T

=l：/tfzL一夕內部源（D"ON\"OFF”

?八一工了資源（D容量（D單位

?bit

?byte（IByte=8bit）

?word（ex.1word=4Byte=32bit）

=l：/tfzL一夕內部仁出容量（D基本單位夬

tbk廿d；CC7一中亍夕于二上昇玄盲埸合力弋而馬）

命令形式

?Zl^tfzL一夕（D命令［±=l^tfzL一夕（D內部0八入幅I二合；

?典型的玄命令■固在命令^—F^word磊）8分

命令二一K才才.......................................

命令^一卜'（1命令^一卜'32質力9一般的）

?命令二一K

命令（D槿^在示寸

?才

命令使用f^^一夕（D存在埸所CZF'l^TO在示守

才"仆、

<7一久才行訃、

命令實行I二上處理（演算）一夕^在示守

?7^d木一：/才卜

命令實行I二上處理^41^結果^一夕（D格納先在示f

命令一卜

OPsrclsrc2dest

?7才行仆'■r/XT^^—>a>

才?。?卜

才數k上盲命令形式0）分^

^形式

^形式

“■7^^^形式

■1?1/27卜'^^形式

?。了^^^形式

^形式

形式

命令^一卜

OPoprlopr2opr3

形式

命令^一卜

OPopr1opr2

形式

1?1/2了^^^形式

命令一卜

OPopr1opr2

t

短

0"7F'LZ^形式

才在明示命令形式

了FL入修筑i方式

?*ZFL久修前i

?才格納裝置

峰色對相對

?各槿（D'/FL入修食而方式

士多量一夕力t格^^-Hb

(D格納埸所在^別守盲懸人

Hi>.CZ(D7FLz、2/$/：^/太一夕(D格納埸所在

久空^(tlz-

?物理?/FL久空^

y-oy^uo/x-K^iT^otoi^oifbHx^

^TKbX

?^理了卜匕入空^

才命令中I二指定

(?7卜^工70柔勃:性在活用也7i>：y命令

■C物理了空^在直接寸盲指定守馬二占在避【十

盲/i的l二利用太九盲)

外小修備n

命令中（D才指定7空^匕

實除（D物理了F'LZ^空^在

__________TKbX>tfi5

EA(efiectiveaddress):夾瞟才格余棺;(1。歷

才格納裝置

才亍:上了象占玄資源

?""ELI

主要玄裝置.^空^【上大舌IA了卜匕入修食布（D

對象

?b>X^

■ZFL入空二比7盲占小^IA高速玄了夕

必要^^的，"ZFL入修食而在行^^直接入夕番

號在指定守盲

?入出力裝置，制御裝置

T-^T^-VlzJ；oXli,入出力裝置9制御裝置（D一部

I二插辭戰(zhàn)番號C7FLR力冷叫振bh/C出火才

UC匚tiJ在指定

球色對

實勸1:>7^十求的，^tU二上nT7夕七入對象

在;夬定"T^FL入修前i方式

?相對

TKbX^2Ot^^,在加算寸盲二"二上^：實行

在涂防盲方式

各槿久修筑i方式

-亍彳工一卜（immediate,即值）

?直接（direct處對）

?鄙妾（indirect漁對解妾）

?^$＞入夕（^$＞入夕直接）

?^$;久夕^接

?/＜一人

?7一入Q于力人

口公力夕相對

口^力夕相對彳^亍入

—工一b（immediate,即IE）

才右（7）力^7夕入對象亍^一夕玄盲.喬小修

食獻瓣菁3至由1±歲才入（D7<7七久力“亍#?tb在

opr

44

DPP312

?直接（direct殺色對）

才直接實效了FL^i：玄會

了FL入修前i械橫^1*特1二^雉玄操作在行5必要^^I、

（7）^高速'7<7七^^可能.？<彳^?^￡|>1（7）物理'7卜'^^空^

力^埸合，相當I二:RI'才町^必要匕找）（D^”

^^/￡11容量力t少玄1'埸合1二通一^'己'7卜匕入修前1方式

情接（indirect施對^接）

直接■ZFL入修^方式指定Ui才寧一夕在夾除（D夾

^TKbXctf^“方包

千II

一870_EA=101^「312|

______________%101]

?^$;入夕入夕直接）

直接■ZFL入修前i方式I二出Iz'T,7夕也入對象在

【上玄＜1^$＞入夕占守盲方法

__OPI___,__

|R：g3||_一—

---------------?312―

EA=Reg3

入夕^接

^接^修食而方式I二出Iz'P,最初I。亮否出守實到卜

力上右:＜^$＞久夕I二友)盲埸合馬

?1^0入夕內容在口^操作守馬二占1二上07：災行畤

I二勤的I二夾勁

崇效'7FL^(D^^出L力2$＞入夕'(DT^MzT^(D

■C,接方式(D欠點少團^^短縮可能

?O亍2人

才^即值）在直接使用L亍彳

入ri^一入？卜在才二上07：指定太41^^$>入夕

1二必百直（t^^相對了FL、2/"^<Z方式

彳：/亍勺夕入方式占同棣（D方法十算一端

實效'/FL^出L^HIZ^OX^I^OT^X^

行5方式

彳：/亍勺<7入方式I二出入夕（D役割（亍）^一入

X：/卜（D格納）在入41替完7：,7—7/7卜'^^（7）格納1二^$>

入夕在利用守馬方式

7—7/7卜'1^可變.^7^^卜^固定.

八一人心亍、、力入

彳：/亍勺力方式匕＜一入方式在融合修前i方

式.^―XTKbXli^—^入面

干;M亮辦出L^Hb

在加算守盲二打二上m：實勸^在求的馬.

z一共次夕

口公力夕相對（PC7一入）

7—入入夕（D代#?4二^口^力夕在用

入方式（D變形.PC1士普通單一玄才力

t;相對①高級口言言吾內

制御橫造在夾的（D分岐命令，②=1一卜變更亍一

300

口公力夕相對^：/亍2夕入（PCZ—

7—夕（D代;b4：ZPC在用Iz'klf合（D7一

予力入方式.口公力夕相對占同梯|二，z一入彳

^?。―特徵古才^^：/門二＞1二上07：利用

opr

Reg21

y-r>y^u

215

亍一夕形式

e-T一夕

二^^二一夕內部"C操作情幸艮I匚指命令以外I二命

令力t處理守^^一夕^^己

?ZL—Hf（^口力t定羲亍'一夕

ZL—^甘>^口^弓71二上07：^口^弓公中"C宣言太41,

□>/W；lz^H7z^lz,實行瑚二刈裝置I二割

小寸歲口^言言吾（t八一^^工了情成占

夕一7工一命令七、：;卜7一中亍夕千?VG

一端在橫成

力t生成L/iz^一夕

□>tfzL一夕$/入亍2^力t生成守盲亍^一夕.才—T-T

公匕\一戶中工了橫成夕一7工一入

ctl^C命令七、2/卜7一中^0）一端在橫成

>Jr一夕O屬性

^一夕（D槿々（D性『屬性』）在;夬的盲1匚士次（7）上5玄右（D

力琳

嘴域

同C屬性甜寺^相互口哉別可能【士亍'一夕（D槿^在示寸

指檄以下（D2O（D要因力、Nt成馬

①靶IS:^^^一夕^取九^^一夕（DfiS（D他數^

②精度：引吉統(tǒng)<亍'一夕值距離隹

?演算

一夕I二對U1用理械能

?格納（內部表垣方式）

^理的玄亍一夕在物理的（八一"7工嚴氟原上表現小

己處理械能

?亍'一夕型

同I：玄屬性在右二＞亍'一夕（D集合

?整數型(numeric)

4病理值型(boolean)

非數值型

?文字型(character)

■數值型亍'一夕

?自然數:正（非4f口）（D整數

■整數：自然數，：整數，0在合

?有理數：整數占分數在合右（D

?實數:有理數占輾理數在合

素數:實數虛數在合右（D

?整數型

靶IS：自然數，0,不整數

精度：1

演算:算徐亍演算

格納形式：

固定房形式：泛乙治^0)1±1、寸，上靶更1力邙艮三九/^、

盲二占在利用IZC^^卜9r7一二夬單

位"C格納守盲方式

可變;R形式：匕：;卜單位^格秘3埸所。在變完btl

馬方式.格納裝置(D利用效率［士上1、力t了夕七入檄情

用復雉

噢數型

IBH：-00?+oc

精度：表垣形式I二上夬殺盲

演算:算他亍演算■CS)”制寸占同程度(D演算槿^在持

格納形式：主浮勤小數點表垣

4病理值型

噬E1：真嚼

?演算理演算

?格納形式：止勺卜"Cft?.

?文字型

IES1：

①印刷可能玄文字C7及力7仆仆玄與

②印刷不可能玄制御文字(制御=|一2

演算：

①他(7)^一夕型相互^一夕型變換操作

②文字列I二對^^操作(抽出，速結，削除抻入)

③乾送(move),探索(search)

格納形式:工：/=1一卜1?？?小馬

?情造一夕型

基本亍'一夕型仁對L/C,多數二基本亍'一夕型（D亍'一夕在禊雉k＜否

合t?1±T：作成寸盲型.橫造亍'一夕型^【指靶匪］力t有限（靜的固定）力'

輾限（勤的可變）力仁上操作方法

?配列型

同一亍'一夕型（D亍'一夕要素（D集合.or^xjglz

上夕"公7夕七久力t可能（ex,array［100］）

?Lzn—卜型

昇玄盲亍'一夕型（D混在^可能玄亍'一夕要素（D集合.

要素（7^—；bK）'（D7^HzTJ士名前（7d—JR名）

?集合型

列舉（數五上（力可能玄亍'一夕要素（D集殺"各要素

（D亍'一夕型各要素^非情造亍'一

夕

?文字列型：文字型亍一夕（D配列

命令實行廿d夕兒

10(7)命令【執(zhí)'＜二＞力、(7)代定實行太札510(7)命令實行

謾程在命令夾行廿d夕兒ctlzS

a)命令7工、2/千

口公力^7：/夕(PC)仁出力'tbk命令

入夕(MAR)I下殳定L命令^出L在?

裝置(MM)I二指令命令力

夕1^$＞入夕(MDR)在命令1^$＞入夕(IR)I：^殳定^41

言果程

命令在裝置上喟充否出LCPU內(DIZ^^夕I二格納守

馬二＜t在『命令7工(tlz'5

格余植九/O歷命令(D'ZFL入力儲病理了埸合仁

li,二(DM果程物理變換^必要

b）命令亍一K

7工命令【亡命令形式I二彳羌符號化歷（D

r,在7^=1—卜'回路I二上解^果程

c）才工^千

才二徒^：命令（D實行I二使用一夕在

腦：if力亞^^出立才附裝置仁

而馬埸合I匚抵^=i-F^tbk命令（D才理了卜

bXlcfc^Or,^41在7變換械能仁上物理7FL

R二變換LMARI下殳定寸^^LX,才^出L

在?<干|>1裝置I二指令守馬.才卜力^出

^^力t二（DM果程

b）夾行

7工才用Iz'T命令（演算注實行寸馬

e）結果格納

命令（D實行結果在格納先在示f才二徒

夕'格納^包J'（D格納^必要玄

埸合1指實行結果在MDRIC^41干;K4殳定L

I二害豈認刃^指令守馬

f）次命令夬定

琨在實行LTlz、馬命令（D次仁實行吉命令

比琪在實行UClz、盲命令（D械能（tUC暗黑的I二亦己lz、【士

明示的I二指定^九^）^的，在PC^^定守馬言果程

基本命令卜

?亍'一夕操作（演算）命令

（命令^［出玄＜）^一夕在處理■操作（演算）守盲命令

?I慎序制御命令

命令（D實行JI（S序在明示的I二制御?處理守盲命令

?OSI二^彳系守馬命令

①n^tfzL一夕（D停止（halt）

②入出力裝置（D制御

③割1J認否制御

④命令夾行廿d夕兒在消費十I?,^何玄

1'命令.主才一亍公力t直接使用f

盲命令

八一工77^7卜^工7?卜1^一卜才7

命令卜了一中〒<7^八一Hj?工了占？7卜^工?7（D械能（D分

擔O境界樂泉（彳^夕一7工彳;=i：/tfzL一夕^入亍2x（D八一

卜,工了械能占？7卜^工7械能（D卜1^一卜才7,寸玄^能分擔

0）割合在左右寸馬

命令七、2/卜（7一中亍夕千的在高殳*十寸"馬除I匚之八一戶中工了

技御進【十^玄。7卜^工了技彳后9^（7）/（卜^一卜才7）

1二配J1L玄【力hJ*tj：I/'

//口^入

///////.^口乃》常吾

利卜^工了v

OSH>XTA^n^A

\、、八_卜、'^工了、\~命令七、：/卜了一寺^▽

Cto^iAStlXL^V^b^xT

ex）

口言言吾處理？7卜^工7（=1等）

?才—虧Q^>XTA

=1：/士L一夕了一中亍夕千秋殳除（D具體的玄作棠（t

LX（i,二八一卜^工7橫成方法（t（D

卜1^一戶'才7（械能分擔）在考完盲二占力t中心<t玄盲

口言言吾處理？7卜^工'7（=l：/Zd^）（t（Dd：/夕一

7工外

?"7命令形式

?■7FL入修方法

■7^一夕表垣形式

?命令械能（命令七、：;卜7一中亍夕于"r）

二413±八一戶中工卜^工了內卜1^一卜才71二7—

中亍夕于?Vct—C二九^力t先1二；夬的bh/Clz、馬埸合13抵ZHb

在意^口^^言言吾<>^（D處理方式秋殳StU^十tb

?CPU管理口七久管理）

/"ELI管理

?入出力處理

噌叫訕否例外（D處理

噢行制御

二tbJ也八一工卜^工7卜1^一戶才7在左右f丘普

通，7—中亍先㈡夬的三九/。B（D。Z

tbj在意在高殳StU^【力邑玄IA

口言福^理方式仁上馬了一中亍夕千V(D分^

?CISCT—

?RISCT—

?超CISC7一中

?CISC(ComplexInstructionSetComputer)/"一中亍夕千A7

口^吳言言吾(D處理械能吉盲用力工"7

"C實垣L上5(t寸■馬卜1^一卜才7在探馬.A=l＞

tfzL一夕O上5玄/L用=l：/tfzL一夕卡＞汴1用夕口^口^^

^^用^41馬二＜t(D多1'保守的7一中亍夕于？

既存(D=li/tfzL一夕＜t(D互換性卡＞移植性在重視守馬卜1^一

卜才7^馬.

?RISC(ReducedInstructionSetComputer)/"一中亍夕于A7

CISC"士逆IJ口言言吾（D處理械能在k

【十？7卜^工L上寸"馬卜1^一卜才7在探馬.

“CISC（D梅二多槿多梅^命令把;陛提供f馬二＜t（D否力1

必歲民；=1：/1^^一夕君睨（D除（D低=1入卜化I二二＞

玄力2F亂、玄卜'乩、不辭命I二上生辦出

卜^工7匕\一卜中工'ZGd：/夕一7工一7J士7$/：/命

令^^卜了一中必吹特［二VLSI在思考

tfzL一夕"C探用多IA

?超CISC7一中

高級言呼【齡匕對象口言

|吾（D械能在思考命令七、｝/卜"7一中亍夕

^在＜t盲.