計(jì)算機(jī)組成原理與匯編語(yǔ)言

（組成原理部分）

2000級(jí)Tel：，Mail：課程介紹（1）教學(xué)內(nèi)容：計(jì)算機(jī)單機(jī)系統(tǒng)的組成及其工作原理存儲(chǔ)系統(tǒng)的組成與基本工作原理內(nèi)部存儲(chǔ)器的組成與工作原理高速緩沖存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)與工作原理輔助存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)與工作原理虛擬存儲(chǔ)系統(tǒng)等指令系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)指令系統(tǒng)基本要素指令系統(tǒng)的設(shè)計(jì)典型指令系統(tǒng)分析CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與工作原理運(yùn)算器結(jié)構(gòu)基本運(yùn)算方法控制單元的結(jié)構(gòu)指令執(zhí)行過(guò)程分析控制單元的設(shè)計(jì)（硬連線(xiàn)設(shè)計(jì)）微程序控制器系統(tǒng)總線(xiàn)及輸入輸出系統(tǒng)課程介紹（2）目的掌握計(jì)算機(jī)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(jì)計(jì)算機(jī)的能力。重點(diǎn)與難點(diǎn)主存儲(chǔ)器與高速緩沖存儲(chǔ)器指令系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程、重點(diǎn)必修課程（7學(xué)分）；先導(dǎo)課程：計(jì)算機(jī)導(dǎo)論、數(shù)字邏輯；后續(xù)課程：計(jì)算機(jī)接口與通信、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；課程安排課堂教學(xué)：共72學(xué)時(shí)（含匯編語(yǔ)言部分）同步實(shí)驗(yàn)：計(jì)算機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心單獨(dú)開(kāi)設(shè)，但成績(jī)計(jì)入本課程。課程考試：期終考試（含匯編語(yǔ)言，A、B卷，閉卷）成績(jī)：考試成績(jī)×85％＋實(shí)驗(yàn)成績(jī)×15％第一部分：概述透視計(jì)算機(jī)：計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)總結(jié)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)的組成部件簡(jiǎn)介計(jì)算機(jī)的內(nèi)部連接理解計(jì)算機(jī)：計(jì)算機(jī)的基本工作過(guò)程指令的含義程序的執(zhí)行計(jì)算機(jī)最基本的操作與控制：微操作1.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件（Hardware）計(jì)算機(jī)的實(shí)體部分，可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)最基本的操作行為。軟件（Software）使計(jì)算機(jī)實(shí)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(lèi)。1.2計(jì)算機(jī)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)的層次結(jié)構(gòu)的演變實(shí)際機(jī)器M1（機(jī)器語(yǔ)言程序）機(jī)器語(yǔ)言匯編語(yǔ)言高級(jí)語(yǔ)言虛擬機(jī)器M3（高級(jí)語(yǔ)言程序）虛擬機(jī)器M2（匯編語(yǔ)言程序）1.2計(jì)算機(jī)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)四級(jí)層次結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)際機(jī)器M1（機(jī)器語(yǔ)言程序）虛擬機(jī)器M3（高級(jí)語(yǔ)言程序）虛擬機(jī)器M2（匯編語(yǔ)言程序）第一級(jí)第二級(jí)第三級(jí)微程序機(jī)器M0（微指令系統(tǒng)）第零級(jí)機(jī)器語(yǔ)言程序直接在M1上運(yùn)行將匯編語(yǔ)言程序先翻譯成機(jī)器語(yǔ)言程序，然后在M1上運(yùn)行將高級(jí)語(yǔ)言程序先翻譯成匯編語(yǔ)言程序或機(jī)器語(yǔ)言程序，再在M1或M2上運(yùn)行用微程序解釋機(jī)器指令，由硬件系統(tǒng)直接執(zhí)行微程序1.3計(jì)算機(jī)的基本組成計(jì)算機(jī)的功能 DataProcessing(數(shù)據(jù)處理) DataStorage（數(shù)據(jù)存儲(chǔ)） DataMovement（數(shù)據(jù)移動(dòng)，交換） Control（控制）計(jì)算機(jī)的功能結(jié)構(gòu)1.3計(jì)算機(jī)的基本組成運(yùn)算器：實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理的部件完成最基本的算術(shù)邏輯運(yùn)算ALU(ArithmeticandLogicUnit）＋Registers＋DataPath

運(yùn)算器與機(jī)器字長(zhǎng)（字的概念）的關(guān)系運(yùn)算器與機(jī)器性能指標(biāo)：MIPS：MillionsofInstructuionsPerSecondSPEC：SystemPerformanceEvaluationCooperative（SPECint’2000，SPECfp’2000

）簡(jiǎn)單運(yùn)算器結(jié)構(gòu)圖1.3計(jì)算機(jī)的基本組成控制器：實(shí)現(xiàn)控制功能的部件提供各部件工作所需的控制信號(hào)，控制計(jì)算機(jī)其他部件協(xié)同工作指令部件（InstructionRegister，InstructionDecoder）指令順序控制（ProgramCounter）時(shí)序邏輯部件（Clock，Timer，SequencingLogic）控制信號(hào)生成部件（ControlSignalGeneratororControlMemory）運(yùn)算器＋控制器＝CPU（CentralProcessUnit）控制器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖1.3計(jì)算機(jī)的基本組成輸入輸出：實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換的部件實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)內(nèi)部與外界（其他系統(tǒng)或人類(lèi)）的信息交換實(shí)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(biāo)準(zhǔn)與接口部件計(jì)算機(jī)整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖1.4計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)總線(xiàn)結(jié)構(gòu)總線(xiàn)：符合一定的標(biāo)準(zhǔn)的一組公共數(shù)據(jù)通道構(gòu)成：地址總線(xiàn)、數(shù)據(jù)總線(xiàn)、控制總線(xiàn)單總線(xiàn)結(jié)構(gòu)多總線(xiàn)結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)總線(xiàn)ISA---IndustryStandardArchitecture（工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)）EISA----ExtendedISA（擴(kuò)展工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)）PCI----PeripheralConnectionInterface(周邊元件擴(kuò)充接口)SCSI----SmallComputerSystemInterface(小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口)1.4計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)1946年，馮·諾依曼與同事開(kāi)始研制IAS,雖直到1952年仍未完成，但該機(jī)結(jié)構(gòu)被公認(rèn)為隨后發(fā)展起來(lái)的通用計(jì)算機(jī)的原型。1.4計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)普通PC（PC/XT）的內(nèi)部結(jié)構(gòu)1.4計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)普通PC（Pentium）的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（多總線(xiàn)結(jié)構(gòu)）機(jī)器指令：計(jì)算機(jī)硬件可以執(zhí)行的表示一種基本操作的二進(jìn)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(jì)算機(jī)的工作過(guò)程程序：在此特指一段機(jī)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(jì)算機(jī)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(dá)到完成程序所規(guī)定的功能的目的。計(jì)算機(jī)采用程序計(jì)算器（ProgramCounter）來(lái)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(shuō)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(shuō)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(bǔ)1：微操作微操作：計(jì)算機(jī)可以完成的最基本的操作，一條機(jī)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(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行某種處理操作對(duì)象操作的時(shí)間與條件微操作AB微操作