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主要内容：计算机的基本概念系统硬件组成（主要部件、系统结构）计算机的性能指标第一章概论第一节计算机的基本概念1.1.1冯·诺依曼思想1.用二进制代码表示程序和数据；2.计算机采用存储程序的工作方式；3.计算机硬件由存储器、运算器、控制器、输入设备和输出设备组成。1.1.2信息的数字化表示1.在计算机中用数字代码表示各种信息二进制代码例1用数字代码表示数据5-5表示为0101表示为1101例2用数字代码表示字符AB表示为1000001表示为1000010例3用数字代码表示命令、状态启动停止正在工作工作结束表示为00表示为01表示为10表示为112.在物理机制上用数字信号数字型电信号例1用电平信号表示数字代码高电平1低电平高电平01例2用脉冲信号表示数字代码有脉冲无脉冲有脉冲101表示数字代码实现并行操作实现串行操作1.1.3存储程序工作方式1.事先编制程序3.自动、连续地执行程序2.事先存储程序传统诺依曼机串行执行指令。对传统诺依曼机的改造：增加并行处理功能。第二节计算机系统的硬件组成1.2.1主要功能部件1.CPU由运算器、控制器组成。（1）运算器1）功能：加工信息。2）组成：移位器ALU选择器通用寄存器组选择器移位器ALU选择器通用寄存器组选择器ALU:通过加法器实现运算操作（由全加器求和、由进位链传递进位信号）。移位器ALU选择器通用寄存器组选择器通用寄存器组：提供操作数，存放运算结果。移位器ALU选择器通用寄存器组选择器选择器：选择操作数；选择控制条件，实现各种算法。移位器ALU选择器通用寄存器组选择器移位器：直接或者移位送出运算结果。3）讨论几种典型的运算器组成几种主要的运算方法（定、浮）（2）控制器1）功能：产生控制命令(微命令)，控制全机操作。2）组成：微命令发生器指令信息状态信息时序信号微命令序列微命令产生方式（指令执行控制方式）：3）讨论两种控制器组成原理与控制机制；模型机的数据通路结构和指令执行过程。组合逻辑控制方式：微程序控制方式：由组合逻辑电路产生微命令由微指令产生微命令存储体地址寄存器译码器读/写线路数据寄存器控制线路……………………2.存储器1）功能:存储信息。2）组成（主存储器）：存储体地址寄存器译码器读/写线路数据寄存器控制线路……………………存储体:存放信息的实体。寻址系统：对地址码译码，选择存储单元。读/写线路和数据寄存器：完成读/写操作，暂存读/写数据。存储体地址寄存器译码器读/写线路数据寄存器控制线路……………………控制线路：产生读/写时序，控制读/写操作。3.输入/输出设备1）功能：转换信息。输入：原始信息代码，送入主机输出：处理结果人所能接受的形式，并输出（代码）2）讨论显示器的工作原理和信息转换过程。3）讨论存储单元读/写原理、存储器逻辑设计1.2.2硬件系统结构1.以总线为基础的系统结构总线：能为多个部件分时共享的一组信息传送线路。总线部件部件部件总线功能内总线局部总线系统总线外总线信息地址总线数据总线控制总线时序同步总线异步总线格式并行总线串行总线方向单向总线双向总线（1）以CPU为中心的双总线结构CPUM接口接口I/OI/OI/O总线M总线（2）单总线结构CPUM接口接口I/OI/O系统总线（3）以M为中心的双总线结构CPUM接口接口I/OI/O系统总线M总线（4）多级总线结构CPURAMROM公共接口总线控制逻辑M扩展板I/O接口板局部总线系统总线2.采用通道或IOP的大型系统结构（1）带通道的系统I/O控制器主机I/O通道（2）带IOP的系统CPUM接口I/OIOPLM接口I/O系统总线I/O总线3.模型机系统结构系统总线CPUM公共接口接口接口I/OI/O4.讨论接口：中断接口、DMA接口总线：分类、信号组成第三节计算机系统的性能指标1.基本字长指操作数的基本位数。它影响计算精度、指令功能。2.存储容量（1）主存容量指存储单元个数×位数。决定地址位数表明编址单位表示为：字数×字长（按字编址）或字节数（按字节编址）（2）外存容量常表示为字节数。外存容量与地址码位数无关。3.运算速度（1）定点/浮点四则运算时间（2）每秒平均执行的指令条数（MIPS）（3）CPU时钟频率（MHz）总线位数×总线时钟频率85.处理功能（1）指令系统功能（寻址方式、指令类型）（2）系统软件配置总线带宽=4.数据传输率（B/S）第二章计算机中的信息表示数据信息控制信息数值型数据非数值型数据指令信息等第一节数据信息的表示2.1.1表示数据的大小二进制、八进制、十六进制、二-十进制2.1.2表示数据的符号原码、补码、反码2.1.3表示小数点定点、浮点1.定点表示法无符号数定点整数定点小数0000000011111111（0）（255）1111111101111111原原（-127）（127）补1000000001111111补（-128）（127）1.11111110.1111111原原-(1-2-7)(1-2-7)1.00000000.1111111补补（-1）(1-2-7)类型E浮点数真值：N=+R×M阶码EfE1…EmMfM1…Mn浮点数机器格式：尾数阶符数符R：阶码底，隐含约定。E：阶码，为定点整数，补码或移码表示。其位数决定数值范围；阶符表示数的大小。M：尾数，为定点小数，原码或补码表示。其位数决定数的精度；数符表示数的正负。尾数规格化：1/2≤M＜1最高有效位绝对值为12.浮点表示法第二节指令信息的表示指令：指示计算机执行某类操作的信息的集合。本节主要讨论：一般指令格式常用寻址方式面向用户指令类型2.2.1指令格式指令基本格式操作码θ地址码D一个一个或几个1.指令字长定长指令格式变长指令格式便于控制（1）定长操作码各指令θ的位置、位数固定相同。（2）扩展操作码各指令θ的位置、位数不固定，根据需要变化。合理利用存储空间2.操作码结构关键在设置扩展标志。例.指令字长16位，可含有3、2、1或0个地址，每个地址占4位。操作码地址码15~1211~87~43~00000XYZ1110XYZ............11110000YZ11111110YZ............三地址指令15条二地址指令15条111111110000Z111111111110Z............一地址指令15条11111111111100001111111111111111............零地址指令16条（3）复合型操作码操作码分为几部分，每部分表示一种操作。例.某机算逻指令3.地址结构01234567815基本操作进位移位回送判跳操作数指令中提供的地址数存储单元地址码寄存器编号（1）指令提供地址的方式显地址方式隐地址方式:指令中明显指明地址。:地址隐含约定,不出现在指令中。直接或间接给出（2）地址结构的简化操作数地址●四地址结构指令格式：使用隐地址可以减少指令中的地址数，简化地址结构。θD1D2D3D4结果地址下条指令地址功能：(D1)θ(D2)D3(D4)下条指令用指令计数器PC指示指令地址。●三地址结构指令格式：操作数地址θD1D2D3结果地址下条指令地址功能：转移时，用转移地址修改PC内容。(D1)θ(D2)D3(PC)+1PC源/目的●二地址结构指令格式：θD1D2目的/源功能：(D1)θ(D2)D2/D1(PC)+1PC双操作数：●一地址结构指令格式：θD1隐含约定单操作数：功能：●零地址结构指令格式：(D1)θ(A)A(PC)+1PCθ(D1)D1(PC)+1PCθ功能：用于堆栈或特殊指令操作。例.ADD；执行前：低SP102046SP3046执行后：高低高2.2.2寻址方式是指寻找操作数地址或操作数的方式。操作码θ立即数S（1）立即寻址指令直接给出操作数。1.常见寻址方式定长格式：变长格式：基本指令立即数S数在指令中，其长度固定、有限。数在基本指令之后，其长度可变。用来提供常数、设置初值等。操作码θ有效地址D（2）直接寻址指令直接给出操作数地址。存储单元号寄存器号(数在M中)(数在R中)●存储器直接寻址（直接寻址）定长格式D的位数有限,限制访存范围变长格式基本指令DLDHD的位数可覆盖整个存储空间S=（D）操作码θ寄存器号R存储单元号寄存器号(数在M中)(数在M中)●寄存器直接寻址（寄存器寻址）格式R所占位数少；访问R比访问M快格式S=（R）用于访问固定的存储单元或寄存器。（3）间接寻址指令给出操作数的间接地址。●存储器间址操作码θ间接地址DD=00300060...0060S...S=((D))M间址单元地址指针操作码θ寄存器号R●寄存器间址格式R所占位数少；R可提供全字长地址码；修改R内容比修改M内容快。格式S=((R))指针不变(由指令指定)，指针内容可变，使同一指令可指向不同存储单元，以实现程序的循环、共享，并提供转移地址。●堆栈寻址操作码θ堆栈指针SPSP...S...S=((SP))MR=02M00400040S.........地址指针0070...栈顶格式SP既可出现在指令中，也可隐含约定。●变址寻址（4）变址、基址寻址及其变化SP栈顶MS.........低高堆栈向上生成压栈：SP自动减1，再存数。-(SP)，自减型间址。先取数，SP再自动加1。(SP)+，自增型间址。出栈：指令给出一个寄存器号和一个地址量，寄存器内容与地址量之和为有效地址。操作码θRXDD的位数有限，若不能提供全字长地址码，会使访存空间受到限制。变址寄存器号例.用变址方式访问一组连续区间内的数组元素。S=((RX)+D)D=首址D为存储区首址；(RX)为所访单元距离首址的长度；RX初值为0，每访问一个单元，(RX)+1。格式操作码θRXD形式地址修改量基准地址n-1...012...D+1D+2D+n-1...格式（D的位数只需覆盖一个较小的存储区间）●基址寻址基址寄存器号Rb4K指令给出一个寄存器号和一个地址量，寄存器内容与地址量之和为有效地址。操作码θRbD位移量S=((Rb)+D)基准地址相对于基址的位移M......…...…...Rb4K改变Rb的内容，程序能访问存储空间中任何一个定长区间(4K)。便于访问两维数组中某类指定的元素。4K4KRbM......…...…...RbD=2D=2学生姓名性别性别年龄年龄学生姓名变址与基址的区别：变址：指令提供基准量(不变)，R提供修改量(可变)；适于处理一维数组。基址：指令提供位移量(不变)，R提供基准量(可变)；用于扩大有限字长指令的访存空间。S=((RX)+(Rb)+D)格式●基址加变址变址寄存器号指令给出两个寄存器号和一个地址量，寄存器内容与地址量之和为有效地址。位移量操作码θRXRbD基址寄存器号便于处理两维数组。格式●相对寻址指令给出位移量，PC内容与位移量之和为有效地址。位移量操作码θPC±D或隐含指定S=((PC)±D)有效地址相对PC上下浮动,给编程带来方便。格式●页面寻址指令给出位移量，PC的高位部分与位移量拼接，形成有效地址。位移量操作码θPCD或隐含指定S=((PC)H，D)例.M为64KB，划分为256页，每页256B。页号页内地址用于页式管理存储系统。寻址速度快，适于组织程序模块，有效利用存储空间。PC0165H7C.........017CHS2.对寻址方式的说明（1）操作码隐含说明不同寻址方式例.某机指令操作码最高两位00：RR型指令，寄存器-寄存器寻址01：RX型指令，寄存器-变址寻址10：SI型指令，基址-立即寻址11：SS型指令，基址-基址寻址（2）指令中设置专门字段说明寻址方式例.某机指令的每个地址字段中各设置一个3位的寻址方式字段。操作码θ寻址方式R寻址方式R源地址字段目的地址字段3位3位2.2.3指令类型1.传送指令源地址目的地址数设置时需考虑：（1）规定传送范围例.DJS-100系列：80X86：IBM370：RMRM，RRRM，RR，MM（2）指明传送单位例.用操作码说明(VAX-11)：用地址量说明(80X86)：传送次数由计数器控制MOVB8MOVAX，BXMOVW16MOVL32M