第二章计算机的基本原理与指令系统.doc

　打开微型计算机的机箱，我们会看见，计算机的硬件包括：　　 电源　　 主板　　 总线　　 外设卡等 磁盘驱动器（软盘驱动器、硬盘驱动器） 光盘驱动器 （CD-ROM,DVD-ROM） 　　然而，就计算机的组成原理来讲，计算机的硬件系统可以分为五大基本部件。本节就从原理的角度讨 论它们的结构。 计算机的硬件系统可以分为运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大基本部件，这五大部件的功能为： 运算器（ALU）：完成算术运算和逻辑运算。 控制器：使计算机能自动地执行程序，并使各部分协调工作 存储器：用于保存程序和数据，有主存储器和辅助存储器组成： 主存储器（内部存储器）：存放当前所执行程序的指令和数据 辅助存储器（外部存储器）：存放暂不参加运算的程序的指令和数据 注意：一切程序和数据必须进入内存才能被计算机执行和使用。 输入设备：用于程序和数据输入（标准设备：键盘、鼠标） 输出设备：用于程序和数据输出（标准设备：显示器、打印机） 在计算机五大部分中，运算器和控制器是最核心的部分，通常做在一个器件上，称作CPU（Center Processing Unit）。CPU和内存储器一起组成主机部分， 除去主机以外的硬件装置（如 输入设备、输出设备、外存储器等） 称为外围设备或外部设备。 五大部件之间是通过三大“总线”（Bus）连接实现信息交换的。 CPU 控制器+运算器（+寄存器组） 只有主存（内存）可直接与CPU交换信息，它与CPU组合可实现计算机的基本功能。 主机 CPU+主存储器 外设 I/O+辅助存储器 三大总线 数据总线+地址总线+控制总线 将五大基本部件，按某种方式连接起来就构成了计算机的硬件系统。在五大基本部件之间，有着大量的信息需要交换、传送。目前许多计算机（主要指小、微型计算机）的各大基本部件之间是用总线（BUS）连接起来的。　　由于外设和CPU在工作速度等方面存在着较大的差异，故外设往往不能直接与总线相连，在CPU与外设之间需要设置一种被称为输入/输出（I/O）接口的电路。　　这种结构提高了CPU的工作效率，而且外设连接灵活，易于扩充。但由于所有部件都挂在同一组总线上，而总线又只能分时的工作，故同一时刻只允许一对设备（或部件）之间传送信息，这使信息传送的吞吐率受到限制，此外，总线的管理也比较复杂。 微型计算机通常把各大部件都连接在单一的一组总线上，各部件间的信息交换都经过这组总线，因此称其为系统总线。 在系统总线上传输的信息又可以分成三种类型，这就是地址信息、数据信息和控制信息。因此系统总线又可以细分成 地址总线（Address Bus）：地址总线是单方向的，用于控制器向存储器、输入/输出设备传输地址信息。 数据总线（Data Bus）：数据总线是双方向的，由于传输各种数据信息。任何连接到数据总线上的部件都可以把数据发送到数据总线上，或从数据总线上接收数据。 控制总线（Control Bus）：控制总线上传输的是控制信息。任何与控制总线相连的部件，不是从控制总线上获得控制命令，就是通过控制总线向控制器发回反馈信息。 中央处理机即 CPU（ central processing unit）是计算机中最核心的部件，用于进行运算和控制。微机所用的CPU芯片是将运算器、控制器和寄存器集成在一个半导体基片内，称为微处理器。 CPU的基本功能：执行指令、负责控制微机的所有动作（运算、控制、计算机与设备间的数据传送） CPU的组成： CPU内部的电路可以划分为运算电路和控制电路两大部分。主要组成部件包括运算器、控制器和寄存器组。 运算器（也称“算术逻辑单元ALU：Arithmetic Logic Unit）其功能实执行算术运算、逻辑运算（至少一个ALU，专用浮点数计算芯片——“协处理器”或“浮点处理器”） 控制器：指令执行的顺序、控制各种部件的动作 寄存器组（R）：暂存数据、命令 ??1．运算器：又称为算术和逻辑运算部件（Arithmetic and Logical Unit），简称ALU。运算器的组成。 累加器?? N位的寄存器，用于保存运算过程中的有关数据。 加法器?? 由N个全加器构成。 加法器的两个输入：累加器A、暂存器 暂存器?? N位寄存器，接收来自累加器和数据总线的数据??2. 控制器：是全机的控制中心，它控制着计算机从内存中按顺序取出程序中的各条指令，根据指令的功能向各相关部件发出控制命令，以期完成指令中规定的任务，这一切都是在严格的时序中高速准确地进行的。主要由以下几部分组成。 程序计数器PC，又称指令计数器，存放指令地址。 指令寄存器IR，存放从内存中取出的待执行的指令。 指令译码器ID，又称操作码译码器或指令功能分析解释器，完成指令的译码。 地址形成部件，形成操作数物理地址。