1、1,第2章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成及工作原理,二進(jìn)制數(shù)與信息表示 二進(jìn)制數(shù)據(jù)表示二進(jìn)制表示、與十進(jìn)制、十六進(jìn)制的轉(zhuǎn)換 非數(shù)值型數(shù)據(jù)ASCII碼于漢字編碼 定點(diǎn)與浮點(diǎn)的二進(jìn)制表示 補(bǔ)碼規(guī)則、特點(diǎn)、運(yùn)算 邏輯電路 邏輯電路的基礎(chǔ)知識(shí) 邏輯“門”電路 組合邏輯電路加法器、編碼器、譯碼器 觸發(fā)器 基本時(shí)序電路寄存器、計(jì)數(shù)器 計(jì)算機(jī)的硬件組成 CPU組成與工作原理 指令系統(tǒng)、尋址方式的概念 CPU的工作過(guò)程舉例,2,2.1 二進(jìn)制數(shù)與信息表示關(guān)于二進(jìn)制,在計(jì)算機(jī)內(nèi)一切信息必須進(jìn)行數(shù)字化編碼（即用二進(jìn)制代碼形式），才能在機(jī)內(nèi)傳送、存儲(chǔ)和處理。 二進(jìn)制：只有0和1，按“逢二進(jìn)一”規(guī)律，第k位權(quán)是2k。 二進(jìn)制 十進(jìn)

2、制 bn-1bn-2 b0 = dn-1dn-2 . d0 = 1011=1X23+0X22+1X21+1X20 305 = 3X102 + 0X101 + 5X100 = 1X8 + 0X4 + 1X2 + 1X1 = 3X100 + 0X10 + 5X1,3,2.1 二進(jìn)制數(shù)與信息表示二進(jìn)制變換,二進(jìn)制整數(shù)：第n位的權(quán)是2n。二進(jìn)制：b7b6b5b4b3b2b1b0 27 26 25 2423 22 21 20權(quán)值： 128 64 32 1684 2 1 二進(jìn)制小數(shù)：小數(shù)點(diǎn)后第n位權(quán)值位2-n = 1/2n。二進(jìn)制：0 . b-1b-2b-3b-42-12-22-32-4權(quán)值： 1/21/

3、4 1/81/160.5 0.25 0.125 0.0625 1101.1001 (二進(jìn)制) = 1X8 + 1X4 + 0X2 + 1X1 + 1X0.5 + 0X0.25 + 0X0.125 + 1X0.0625 = 13.5625 (十進(jìn)制) 以上規(guī)律可以推廣到K進(jìn)制，整數(shù)部分第n位的權(quán)值是Kn，小數(shù)部分第n位的權(quán)是K-n。,4,2.1 二進(jìn)制數(shù)與信息表示二進(jìn)制變換,十進(jìn)制二進(jìn)制整數(shù)部分連續(xù)除2取余數(shù)，小數(shù)部分連續(xù)乘2取整數(shù)。 123.456(十進(jìn)制) 1111011.01110100101 (二進(jìn)制) 2 | 1 2 3 0.456 X 2 = 0.912 2 | 6 1 1.912

4、X 2 = 1.824 2 | 3 0 1.824 X 2 = 1.648 2 | 1 5 0.648 X 2 = 1.296 2 | 7 1.296 X 2 = 0.592 2 | 3 1.592 X 2 = 1.184 2 | 1 1.184 X 2 = 0.368 0 1.368 X 2 = 0.736 123 = 64 + 32 + 16 + 8.736 X 2 = 1.472 + 2 +1.472 X 2 = 0.994 .994 X 2 = 1.888 八進(jìn)制和十六進(jìn)制：八進(jìn)制每3位二進(jìn)制對(duì)應(yīng)一位八進(jìn)制，十六進(jìn)制每4位二進(jìn)制對(duì)應(yīng)一位十六進(jìn)制,5,2.1 二進(jìn)制數(shù)與信息表示ASCII

5、碼,ASCII碼（American Standard Code for Information Interchange，美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼），它已被國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）定為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，稱為ISO 646標(biāo)準(zhǔn)。 內(nèi)容包括： 控制碼：00H1FH 數(shù)字：30H39H 大寫字母：41H5AH 小寫字母：61H7AH 其他代碼為符號(hào),6,2.1 二進(jìn)制數(shù)與信息表示漢字編碼的概念,輸入編碼：通過(guò)西文鍵盤進(jìn)行漢字輸入的編碼規(guī)則，如拼音、雙拼、五筆字型等。 漢字內(nèi)碼：漢字文本信息在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行存儲(chǔ)和處理的二進(jìn)制編碼規(guī)則，如GB碼（國(guó)標(biāo)碼）、GBK碼（擴(kuò)展國(guó)標(biāo)碼）、Big5（臺(tái)灣、香港的繁體字編碼）等。 漢

6、字字庫(kù)：描述漢字字形的二進(jìn)制編碼規(guī)則，有點(diǎn)陣字庫(kù)和矢量字庫(kù)兩類。,7,2.1 二進(jìn)制數(shù)與信息表示常見漢字編碼,GB2312-80 全稱是GB2312-80信息交換用漢字編碼字符集 基本集，1980年發(fā)布，是中文信息處理的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，中文Windows3.2就是以GB2312-80為基本漢字編碼。GB2312-80碼共收錄6763個(gè)簡(jiǎn)體漢字、682個(gè)符號(hào)，其中漢字部分：一級(jí)字3755，以拼音排序，二級(jí)字3008，以偏旁排序。 GB12345-90 信息交換用漢字編碼字符集 第一輔助集，目的在于規(guī)范必須使用繁體字的各種場(chǎng)合，以及古籍整理等。 BIG5 是目前臺(tái)灣、香港地區(qū)普遍使用的一種繁體漢字的編碼

7、標(biāo)準(zhǔn)，包括440個(gè)符號(hào)，一級(jí)漢字5401個(gè)、二級(jí)漢字7652個(gè)，共計(jì)13060個(gè)漢字。,8,2.1 二進(jìn)制數(shù)與信息表示常見漢字編碼,ISO 10646 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織制定的，初始的版本包含GB 3212-80、GB 12345、Big 5 以及日、韓文字漢字部分的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。 ISO10646從3.0版開始擴(kuò)展4字節(jié)編碼，實(shí)現(xiàn)字符編碼空間150萬(wàn)個(gè)。實(shí)現(xiàn)中、日、韓、蒙、藏、彝、維等多文種并存。 Unicode是和ISO10646相近的另一個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。ISO 10646-1:2000 = Unicode 3.0ISO 10646-2:2003 = Unicode 4.0 GBK GBK編碼是中文編

8、碼擴(kuò)展國(guó)家規(guī)范。兼容GB2312，GBK收錄漢字21003個(gè)(包括日韓文中的漢字)、符號(hào)883個(gè)，簡(jiǎn)、繁體字融于一庫(kù)。,9,2.1 二進(jìn)制數(shù)與信息表示定點(diǎn)與浮點(diǎn),定點(diǎn)表示法 所有數(shù)據(jù)的小數(shù)點(diǎn)位置固定不變。小數(shù)點(diǎn)“.”在機(jī)器中的位置是隱含約定的，并不需要真正地占據(jù)一個(gè)二進(jìn)制位。一般有兩種： 純整數(shù)（小數(shù)點(diǎn)在最右邊） 純小數(shù)（小數(shù)點(diǎn)在最左邊）,10,2.1 二進(jìn)制數(shù)與信息表示定點(diǎn)與浮點(diǎn),浮點(diǎn)表示法 小數(shù)的規(guī)格化：-5678.1234 = - 0.56781234 10+4 0.0056781234 = + 0.56781234 10-2 任何一個(gè)數(shù)十進(jìn)制數(shù)N的浮點(diǎn)表示形式為：N=M10E 記為 N

9、=M E 任何一個(gè)二進(jìn)制數(shù)N的浮點(diǎn)表示形式為： N=M2E 式中：E和M都是帶符號(hào)的定點(diǎn)數(shù)，E為階碼部分，M為尾數(shù)部分。在計(jì)算機(jī)中，尾數(shù)為純小數(shù)，階碼為純整數(shù)。,11,2.1 二進(jìn)制數(shù)與信息表示定點(diǎn)與浮點(diǎn),IEEE 754標(biāo)準(zhǔn)浮點(diǎn)數(shù) CPU的浮點(diǎn)處理指令支持的浮點(diǎn)數(shù)據(jù)格式基于IEEE 754標(biāo)準(zhǔn)，支持浮點(diǎn)運(yùn)算的浮點(diǎn)部件包括早期的浮點(diǎn)處理器（FPU：intel 8087/287/387）和現(xiàn)代的具備浮點(diǎn)處理指令的CPU。 符合IEEE 754標(biāo)準(zhǔn)的浮點(diǎn)數(shù)有32位(單精度)、64位(雙精度)和80位(擴(kuò)展精度)三種。,如32位單精度浮點(diǎn)數(shù) ms：符號(hào)位，一位。 E： 階碼，8位。移碼(偏移量127

10、)表示的指數(shù)部分。 m: 尾數(shù)，23位。原碼表示的純小數(shù)。,12,一個(gè)機(jī)器浮點(diǎn)數(shù)由階碼和尾數(shù)及其符號(hào)位組成（尾數(shù)：用定點(diǎn)小數(shù)表示，給出有效數(shù)字的位數(shù)決定了浮點(diǎn)數(shù)的表示精度；階碼：用整數(shù)形式表示，指明小數(shù)點(diǎn)在數(shù)據(jù)中的位置，決定了浮點(diǎn)數(shù)的表示范圍）,2.浮點(diǎn)數(shù)的表示法,在計(jì)算機(jī)中存放一個(gè)完整的浮點(diǎn)數(shù)，應(yīng)該包括階碼、階符、尾數(shù)以及尾數(shù)的符號(hào)（數(shù)符）共4部分，即：,階符,階碼,數(shù)符,尾數(shù),13,一般按照IEEE 754標(biāo)準(zhǔn)，采用32位浮點(diǎn)數(shù)和64位浮點(diǎn)數(shù)兩種標(biāo)準(zhǔn)格式,(1) 32位浮點(diǎn)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)格式,在32位浮點(diǎn)數(shù)中，約定基數(shù)R=2， S是尾數(shù)的符號(hào)位，即浮點(diǎn)數(shù)的符號(hào)位，它占一位，安排在最高位，0表示正數(shù)

11、，1表示負(fù)數(shù)，尾數(shù)M占23位，放在低位部分，當(dāng)然是純小數(shù)。E是階碼，占8位，階碼采用了移碼方法來(lái)表示，將階碼上移127，即E=e+127,14,例【1-1】 X=20110.1011101 =2000000110.10111010000000000000000 =2000000101.01110100000000000000000 于是求得數(shù)X的32位浮點(diǎn)數(shù)格式： S=0， E=e+127=00000010+01111111=10000001， M = 01110100000000000000000，M值左移一位 根據(jù)規(guī)格化32位浮點(diǎn)數(shù)的表示形式，求數(shù)X的真值為： X=(-1)S(1.M)2E

12、-127 (2.5),15,(2) 64位浮點(diǎn)數(shù)格式,它與32位浮點(diǎn)數(shù)的組成原理相同，約定基數(shù)R=2，尾數(shù)符號(hào)位S占一位，置于最高位，規(guī)格化的尾數(shù)M占52位，最左邊一位1已被隱藏，階碼e上移1023，即E=e+1023，移碼形式的階碼占共計(jì)11位 反過(guò)來(lái)，已知一個(gè)規(guī)格化的64位浮點(diǎn)數(shù)，求浮點(diǎn)數(shù)X的真值可表示為： X=(-1)S(1.M)2E-1023 (2.6),16,同一個(gè)浮點(diǎn)數(shù)的表示方法不是唯一的，如: (1.75)10=1.1120 (IEEE規(guī)格化表示) =0.11121 (傳統(tǒng)規(guī)格化表示) =0.011122 =0.0011123,17,為提高數(shù)據(jù)的表示精度，當(dāng)尾數(shù)的值不為 0 時(shí)，

13、其絕對(duì)值應(yīng)0.5，即尾數(shù)域的最高有效位應(yīng)為1，否則以修改階碼同時(shí)左右移小數(shù)點(diǎn)的辦法，使其變成這一表示形式，這稱為浮點(diǎn)數(shù)的規(guī)格化表示 當(dāng)浮點(diǎn)數(shù)的尾數(shù)為 0，不論其階碼為何值，或者當(dāng)階碼的值遇到比它能表示的最小值還小時(shí)，不管其尾數(shù)為何值，計(jì)算機(jī)都把該浮點(diǎn)數(shù)看成零值，稱為機(jī)器零,18,例1 若浮點(diǎn)數(shù)的二進(jìn)制存儲(chǔ)格式為(41360000)16，求其32位浮點(diǎn)數(shù)的十進(jìn)制值 解：將16進(jìn)制數(shù)展開后，可得二進(jìn)制數(shù)格式為： 0 100 0001 0011 0110 0000 0000 0000 0000 指數(shù)e=階碼1271000001001111111 00000011（3）10 包括隱藏位1位的尾數(shù) 1.

14、M1.011 0110 0000 0000 0000 0000 1.011011 于是有：x（1）S 1.M 2e （1.011011) 23 +1011.011 （11 .375）,S,階碼（8位）,尾數(shù)（23位）,19,例2 將十進(jìn)制數(shù)數(shù)20.59375轉(zhuǎn)換成32位浮點(diǎn)數(shù)的二進(jìn)制格式來(lái)存儲(chǔ) 解: 首先分別將整數(shù)和分?jǐn)?shù)部分轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)： 20.5937510100.10011 然后移動(dòng)小數(shù)點(diǎn)，使其在第1，2位之間 10100.100111.01001001124e4 于是得到： S0，E4127131，M010010011 最后得到32位浮點(diǎn)數(shù)的二進(jìn)制存儲(chǔ)格式為： 0100 0001 10

15、10 0100 1100 0000 0000 0000 (41A4C000)16,20,2.1 二進(jìn)制數(shù)與信息表示原碼、反碼和補(bǔ)碼,原碼：二進(jìn)制的最高位為符號(hào)位，0正1負(fù)，其余各位同無(wú)符號(hào)二進(jìn)制。125D原 = 0 1111101-125D原 = 1 1111101 符號(hào)位 數(shù)值位 8位原碼表示數(shù)的范圍：-127 +127，且00000000和10000000含義相同。 反碼：正數(shù)的反碼和原碼相同，負(fù)數(shù)的反碼為其原碼將數(shù)值位求反，即0變1，1變0。125D反 = 0 1111101-125D反 = 1 0000010 符號(hào)位 數(shù)值位 8位反碼表示數(shù)的范圍：-127 +127，且0 000000

16、0和11111111含義相同。,21,2.1 二進(jìn)制數(shù)與信息表示原碼、反碼和補(bǔ)碼,補(bǔ)碼：正數(shù)的補(bǔ)碼和原碼相同，負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼為其原碼將數(shù)值位求反+1。125D補(bǔ) = 0 1111101-125D補(bǔ) = 1 0000011 符號(hào)位 數(shù)值位 8位補(bǔ)碼表示數(shù)的范圍：-128 +127，最主要的優(yōu)點(diǎn)是在加、減運(yùn)算時(shí)不需要判斷符號(hào)位，所以CPU在進(jìn)行有符號(hào)數(shù)的加、減運(yùn)算時(shí)用的是補(bǔ)碼。 例：分別求出十進(jìn)制數(shù)78D和-120D的8位原碼、反碼和補(bǔ)碼。 將78D和120D分別轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制： 78D = 64 + 8 + 4 + 2 = 100 1110B 120D = 64 + 32 + 16 + 8 = 111

17、 1000B,22,2.1 二進(jìn)制數(shù)與信息表示原碼、反碼和補(bǔ)碼,78D和-120D的原碼： 78D原 = 0 1001110-120D原 = 1 1111000 78D和-120D的反碼： 78D反 = 0 1001110-120D反 = 1 0000111 78D和-120D的補(bǔ)碼： 78D補(bǔ) = 0 1001110-120D補(bǔ) = 1 0001000,23,2.1 二進(jìn)制數(shù)與信息表示原碼、反碼和補(bǔ)碼,8位(字節(jié)數(shù))有符號(hào)數(shù)的原碼、反碼和補(bǔ)碼,+27-1 -(27-1) +27-1 -(27-1) +27-1 -27,24,2.1 二進(jìn)制數(shù)與信息表示補(bǔ)碼的運(yùn)算,補(bǔ)碼的運(yùn)算法則X補(bǔ)+Y補(bǔ)=X+

18、Y補(bǔ)X補(bǔ)-Y補(bǔ)=X-Y補(bǔ)=X補(bǔ)+-Y補(bǔ) 已知Y補(bǔ)求-Y補(bǔ)的方法：將Y補(bǔ)連同符號(hào)位一起求反，末尾加1。-Y補(bǔ)稱為Y補(bǔ)的機(jī)器負(fù)數(shù)。 補(bǔ)碼加減運(yùn)算規(guī)則如下： 參加運(yùn)算的兩個(gè)操作數(shù)均用補(bǔ)碼表示； 按無(wú)符號(hào)二進(jìn)制規(guī)則運(yùn)算，符號(hào)位作為數(shù)的一部分參加運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果為補(bǔ)碼。 若做加法，則兩數(shù)直接相加，若做減法，則將被減數(shù)與減數(shù)的機(jī)器負(fù)數(shù)相加；,25,2.1 二進(jìn)制數(shù)與信息表示補(bǔ)碼的運(yùn)算舉例,例：無(wú)符號(hào)二進(jìn)制數(shù) X=00011101、Y=10110100 求 X+YX+Y = 00011101+10110100 = 11010001 29 180 209 例：有符號(hào)二進(jìn)制數(shù) X補(bǔ)=00011101 Y補(bǔ)=101

19、10100 求 X+Y補(bǔ)和X-Y補(bǔ)X+Y補(bǔ) = X補(bǔ)+Y補(bǔ) = 00011101 + 10110100 = 11010001 29 -76 -47X-Y補(bǔ) = X補(bǔ)+-Y補(bǔ) = 00011101 + 01001100 = 01101001 29 -76補(bǔ)=76 105,26,2.1 二進(jìn)制數(shù)與信息表示進(jìn)位和溢出,進(jìn)位和溢出的產(chǎn)生 運(yùn)算所得結(jié)果超過(guò)機(jī)器字長(zhǎng)額定位數(shù)。 無(wú)符號(hào)數(shù)運(yùn)算進(jìn)位/借位 有符號(hào)數(shù)運(yùn)算溢出 無(wú)符號(hào)數(shù)運(yùn)算的進(jìn)位/借位 8位無(wú)符號(hào)數(shù)相加結(jié)果超過(guò)255，產(chǎn)生進(jìn)位； 8位無(wú)符號(hào)數(shù)相減，被減數(shù)小于減數(shù)，產(chǎn)生借位。 X86 CPU中的進(jìn)位/借位標(biāo)志 (CF) 可以標(biāo)記進(jìn)位或借位。 如：X=

20、01100110，Y=11100010，求CPU進(jìn)行加、減的運(yùn)算結(jié)果。X+Y = 0110 0110 + 1110 0010 = 0100 1000 產(chǎn)生進(jìn)位X- Y = 0110 0110 - 1110 0010 = 1000 0100 產(chǎn)生借位,27,2.1 二進(jìn)制數(shù)與信息表示進(jìn)位和溢出,有符號(hào)數(shù)運(yùn)算的溢出 當(dāng)有符號(hào)數(shù)運(yùn)算的結(jié)果超出CPU字長(zhǎng)則產(chǎn)生溢出。 x86 CPU中根據(jù)溢出標(biāo)志(OF)來(lái)判斷有符號(hào)數(shù)運(yùn)算溢出。 二進(jìn)制運(yùn)算溢出和進(jìn)位/借位沒(méi)有必然聯(lián)系。 溢出的判斷 - 直觀判斷： 兩個(gè)符號(hào)相同的數(shù)相加，和的符號(hào)相反溢出； 兩個(gè)符號(hào)不同的數(shù)相減，差的符號(hào)和減數(shù)相同溢出 - 雙符號(hào)位判斷法

21、：將原符號(hào)位擴(kuò)充為兩位，兩個(gè)符號(hào)位作為數(shù)的一部分參加運(yùn)算。結(jié)果符號(hào)位為00、11則無(wú)溢出，符號(hào)位為01、10則結(jié)果溢出。,28,2.1 二進(jìn)制數(shù)與信息表示補(bǔ)碼運(yùn)算例,例：二進(jìn)制數(shù) X=0101 1101 Y=1000 1100，將其分別作為無(wú)符號(hào)數(shù)和有符號(hào)數(shù)進(jìn)行加、減運(yùn)算。 X+Y X-Y Y-X,29,2.2 邏輯電路基礎(chǔ)知識(shí),邏輯電路中的0和1 邏輯電路的信號(hào)電平只有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，分別代表邏輯0和1。一般采用正邏輯，即高電平為1，低電平為0。 邏輯電壓： 邏輯電路的電壓多為5V和3V，早期的邏輯器件為5V，新型的邏輯器件多為3V，低電壓邏輯可以降低功耗。最新的CPU和存儲(chǔ)器的電壓都低于3V

22、。 基本邏輯關(guān)系 “與” ()“或” (+)“非”,30,2.2 邏輯電路基礎(chǔ)知識(shí),邏輯關(guān)系描述 簡(jiǎn)單的邏輯關(guān)系可以通過(guò)邏輯表達(dá)式、邏輯電路圖或真值表描述。, X = A B + A B,邏輯表達(dá)式,邏輯電路圖,真值表,31,2.2 邏輯電路邏輯門電路,各種門電路,32,2.2 邏輯電路邏輯門電路實(shí)現(xiàn),由二極管構(gòu)成的門電路,由三極管構(gòu)成的非門,33,2.2 邏輯電路組合邏輯,組合邏輯電路 有基本門電路組合而成的、無(wú)記憶邏輯電路。m個(gè)輸入、n個(gè)輸出的組合邏輯電路可以表示為以下電路。,輸出的邏輯表達(dá)式：Oi = F(I0 , I1 , I2 , , Im-1) i = 0,1, 2, , n-1

23、一位加法器 A+ B CS,34,2.2 邏輯電路加法器,全加器 A B+Ci CoS,多位加法器：由k個(gè)全加器級(jí)聯(lián)而成的k位加法器,35,2.2 邏輯電路編碼器和譯碼器,編碼器根據(jù)2N個(gè)輸入信號(hào)，輸出是有效輸入端的編號(hào)。譯碼器N個(gè)輸入端，2N個(gè)輸出只有一個(gè)有效，該輸出端的 序號(hào)是N。 譯碼器,36,2.2 邏輯電路觸發(fā)器,觸發(fā)器：最基本邏輯記憶單元 具有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，用來(lái)表示邏輯狀態(tài)的0 和1 可通過(guò)不同的外部信號(hào)改變狀態(tài)，輸入信號(hào)消失以后，能將獲得的新狀態(tài)保存下來(lái) 基本RS觸發(fā)器,RS觸發(fā)器電路圖,RS觸發(fā)器時(shí)序圖,RS觸發(fā)器功能表,37,2.2 邏輯電路同步RS觸發(fā)器,同步RS觸發(fā)器同步

24、時(shí)序電路在同步時(shí)序脈沖的驅(qū)動(dòng)下工作的時(shí)序電路。同步RS觸發(fā)器只有在同步時(shí)序脈沖的上升沿改變狀態(tài)。,_ Qn+1 = S+RQn (SR1）,同步RS觸發(fā)器功能表,38,2.2 邏輯電路JK、D觸發(fā)器,其它常見觸發(fā)器常見的觸發(fā)器除RS觸發(fā)器外，還有JK觸發(fā)器、D觸發(fā)器等。,JK觸發(fā)器功能表,D觸發(fā)器功能表,_ _ _ Qn+1 = KQn + JK + JQn,Qn+1 = D,39,2.2 邏輯電路計(jì)數(shù)器,計(jì)數(shù)器：對(duì)輸入的時(shí)鐘脈沖（CP）的個(gè)數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，來(lái)一個(gè)CP脈沖計(jì)數(shù)器狀態(tài)變化一次。,模16二進(jìn)制計(jì)數(shù)器,40,2.2 邏輯電路計(jì)數(shù)器,由D觸發(fā)器構(gòu)成的模16減1計(jì)數(shù)器,思考題：將上述電路改成

25、加1計(jì)數(shù)器,41,2.2 邏輯電路寄存器,寄存器：存儲(chǔ)二進(jìn)制數(shù)的時(shí)序電路組件，它具有接收和寄存二進(jìn)制數(shù)碼的邏輯功能。,42,2.2 邏輯電路移位寄存器,并行輸入串行輸出移位寄存器：D0D7:并行輸入，DIN:串行輸入，QOUT:串行輸出，CPP:并行輸入控制脈沖。,串行輸入行并輸出移位寄存器,43,2.3 計(jì)算機(jī)的硬件組成馮諾依曼體系結(jié)構(gòu),計(jì)算機(jī)的組成部分運(yùn)算器進(jìn)行運(yùn)算的部件；存儲(chǔ)器記憶原始數(shù)據(jù)、運(yùn)算程序及運(yùn)算結(jié)果的部件；控制器發(fā)出各種控制信息，以便使計(jì)算機(jī)各部件協(xié)調(diào)工作的部件；輸入、輸出設(shè)備將原始數(shù)據(jù)及運(yùn)算程序輸入計(jì)算機(jī)，并將結(jié)果及其它信息輸出的部件。,44,2.3 計(jì)算機(jī)的硬件組成CPU,

26、ALU(Arithmetic and Logic Unit)：主要完成對(duì)二進(jìn)制數(shù)據(jù)的算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算和各種移位操作 。,PC(Program Counter)：取指令的地址，存放下面要執(zhí)行的指令的地址， 取指令后自動(dòng)加1。,用來(lái)保存參加運(yùn)算的操作數(shù)和運(yùn)算的中間結(jié)果。,根據(jù)二進(jìn)制的機(jī)器指令產(chǎn)生完成指令功能的微操作。,根據(jù)譯碼器產(chǎn)生的微操作，產(chǎn)生控制各個(gè)部件的信號(hào)，控制各個(gè)部件完成指令的功能。,產(chǎn)生時(shí)基信號(hào)為各功能部件提供定時(shí)基準(zhǔn)。,45,2.3 計(jì)算機(jī)的硬件組成指令系統(tǒng),指令系統(tǒng)：是一個(gè)CPU所能夠處理的全部指令的集合，是一個(gè)CPU的根本屬性。指令系統(tǒng)決定了一個(gè)CPU能夠運(yùn)行什么樣的程序。 指

27、令的構(gòu)成：指令由操作碼字段(OP，指明操作功能)和地址碼字段 (A,或稱操作數(shù)字段，指明操作數(shù))兩部分構(gòu)成。,OP,A,操作碼：指令的操作碼字段表明了所執(zhí)行的操作。指令系統(tǒng)中的每一條指令都有一個(gè)唯一確定的操作碼。 地址碼結(jié)構(gòu)：運(yùn)算的操作數(shù)和運(yùn)算結(jié)果存放的地址。根據(jù)指令功能的不同，地址碼字段可以含有單地址、雙地址或三地址結(jié)構(gòu)，少量指令無(wú)地址碼字段。,46,2.3 計(jì)算機(jī)的硬件組成8086指令舉例,例如： Intel 8086 CPU加法指令 ADD AX, BX將寄存器AX和BX相加，和送到AX寄存器。(AX) + (BX) (AX) 該指令由兩個(gè)字節(jié)構(gòu)成：01D8H。01D8H = 00000

28、001 11011000 其中 000000=ADD，指令操作碼 0=源為寄存器，指明源操作數(shù)1=字(16位)運(yùn)算，區(qū)分字節(jié)、字運(yùn)算 11=寄存器方式，指明操作數(shù)類型 011=BX，寄存器編號(hào)000=AX，寄存器編號(hào),47,2.3 計(jì)算機(jī)的硬件組成指令分類,CPU指令分為以下幾類 數(shù)據(jù)傳送類指令 實(shí)現(xiàn)寄存器與寄存器之間、寄存器與存儲(chǔ)器之間的數(shù)據(jù)傳送。 算術(shù)、邏輯運(yùn)算類指令 實(shí)現(xiàn)加、減、乘、除等基本算術(shù)運(yùn)算，與、或、非、異或等基本邏輯運(yùn)算。 帶有浮點(diǎn)部件的CPU還具有浮點(diǎn)運(yùn)算指令。 程序控制類指令 轉(zhuǎn)移控制指令、循環(huán)控制指令、子程序指令、中斷控制指令等。 輸入/輸出類指令 實(shí)現(xiàn)主機(jī)與外部設(shè)備之間

29、的信息交換。,48,2.3 計(jì)算機(jī)的硬件組成指令的尋址方式,尋址方式指令獲得操作數(shù)的方式，一般有以下幾種： 立即尋址：指令中包含操作數(shù)ADD AX, 1000D (AX)+1000D(AX) 寄存器尋址：操作數(shù)在寄存器中，指令中包含存放操作數(shù)的寄存器的編號(hào)ADD AX, BX (AX)+(BX)(AX) 直接尋址：操作數(shù)在存儲(chǔ)器中，指令中包含存儲(chǔ)器地址ADD AX, 1000H (AX)+(1000H)(AX) 間接尋址：操作數(shù)在存儲(chǔ)器中，其地址在某個(gè)寄存器中，指令中包含該寄存器的編號(hào) ADD AX, BX (AX)+(BX)(AX),49,2.3 計(jì)算機(jī)的硬件組成CISCRISC,CSIC(Complex Instruction Set Computer)復(fù)雜指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)RISC(Reduced Instruction Set Computer)