微机原理精品教学（电子科技大学）第2章 计算机系统组成与工作原理.ppt

第二章 习题 作业：2~6、14、15 思考：1、7~13 * MSI Arithmetic and Logic Units (ALU, MSI 算术逻辑单元) Perform any of a number of different arithmetic and logical operations on a pair of b-bit operands. S0~S3 M CIN A0~A3 B0~B3 G P F0~F3 COUT A=B 74x181 输入数据 输出数据 0算术/1逻辑 选择特定操作 Table 6-70 */41 74X181 ALU */41 最高一层是应用软件。用户可以通过用户接口，如图形用户接口(GUI)或者用户服务器通信接口使用计算机系统。第二层是系统软件。其中心部分是操作系统，它提供数据抽象和资源抽象两大功能。前一项功能通过系统文件库，如汇编器、编译器和数据库管理系统(DBMS)为用户服务，而后一项功能通过系统调用(system call)操纵处理器、存储器(RAM)、输入/输出设备以及通信子系统。系统调用接口则是一个计算机系统软件和硬件之间的分界。硬件又具有两层。一层是硬件系统层，它包含五大功能部件：中央处理器(CPU)、主存储器(包括高速缓存)、控制器、输入/输出子系统(包括次级存储器)以及通信子系统；另一层是硬件设备层，包括输入/输出设备和通信设备。从系统的角度来看，硬件系统层在决定硬件系统的功能和性能上至关重要。 按处理器指令架构分类 复杂指令集计算机(Complex Instruction Set Computer，CISC)，如X86 控制器的设计实现复杂 包含了复杂计算指令且运行时间长 精简指令集计算机(Reduced Instruction Set Computer，RISC)，如IBM的PowerPC，Sun的SPARC，MIPS的MIPS Rxxx系列 高效的编译器才能使RISC优点充分体现 指令数据少且每条指令都能在单时钟周期完成 超长指令集架构是英文(Very Long Instruction Word, VLIW),IA-64,如INTEL的IA－64，AMD的X86－64 简化处理器结构，删除复杂的控制器电路，每时钟周期可运行20条指令，而CISC通常只能运行1-3条指令，RISC能运行4条指令 * * CISC的设计思想及特点 每条指令执行单一功能，硬件复杂 为编程方便，往往增加指令数目，指令编码长度增加，硬件译码更复杂 为编程灵活，增加寻址方式，指令长度不一，译码复杂 每条指令完成一个完整功能，因此单条指令涉及多个操作，如取指、参数、运算、存结果等 为增加新功能，需增加新指令，因此指令系统越来越复杂，这也是CISC的由来 如MC68020机就有25种寻址模式 * RISC的设计思想及特点 RISC的出现简化了指令系统，克服了CISC的缺点，使更多的芯片硅面积可以用于实现流水和高速缓存，有效地提高了计算机的性能。 RISC机的设计应当遵循以下五个原则。 指令条数少，格式简单，易于译码； 提供足够的寄存器，只允许load和store指令访问内存； 指令由硬件直接执行，在单个周期内完成； 充分利用流水线； 强调优化编译器的作用 * CISC和RISC的区别 内核结构 CISC：数据线和指令线分时复用，即冯.诺依曼结构，程序存储器和数据存储器合并编址 RISC：数据线和指令线分离，即哈佛结构。取指令和取数据可同时进行 处理器指令集 CISC：不等长指令集，需要对不等长指令进行分割，执行时间长，采用微码 RISC：等长精简指令集，执行速度快且性能稳定。可同时执行多条指令，可将一条指令分割成若干个进程或线程，交由多个处理器同时执行，并行处理方面RISC明显优于CISC 软件 CISC：DOS、Windows RISC：成熟的操作系统少，Windows需要翻译过程，速度慢 * RISC,CISC看法的误区 RISC指令都是简单指令 LDREQ R0,[R1,R2,LSR #16]!指令的强大，一般的CISC处理器望尘莫及。RISC的“简单”是指指令集的执行时间、指令长度、指令格式整齐划一 CISC的复杂指令速度慢、执行效率很低 现代CISC处理器具有非常长的流水线（PIII采用了25级的流水线），执行速度快。但老的CPU执行速度可能较慢 但RISC不管是老的CPU，还是新的CPU，指令执行时间都是相同的，不需要在对指令执行作出优化 RISC处理器比CISC处理器需要更多的寄存器 这不是一个需求问题，而是一个实现问题。所以有的CISC寄存器与RISC相当。一般情况RISC需要比较多的寄存器 RISC都有流水线 ARM2没有采用流水线 CISC与RISC的数据流 I