第2章 计算机结构.ppt

第2章计算机结构
外存
储器
内存
储器
输出
设备
输入
设备
控制器
内存
储器
注: 数据信号

控制信号
CPU
第2章计算机结构
中央处理器
指令系统
指令执行
流水线技术
存储系统
外围设备
输入输出方式
多处理器
中央处理器
主要功能:
顺序控制
操作控制
时间同步
数据处理
主要部件:
运算器
控制器
寄存器组
运算器
算术运算:如加、减等算术操作
逻辑运算:如与、或非等逻辑操作。
控制器
功能:
根据当前程序计数器寄存器的值,从RAM 中相应的地址取出指令,并将它们放到指令寄存器中;然后对指令进行译码,并根据译码的结果发送信号给数据总线(Data Bus),从RAM 中取出操作数,并发出适当的控制信号,控制运算器进行数据的处理。
按设计和实现的途径可分为三类:
硬连线控制器(Hardwired Controller)
微程序控制器(Microprogrammed Controller)
门阵列控制器
寄存器
用户可见的寄存器
数据寄存器(Data Register)
地址寄存器(Address Register)
控制和状态寄存器
程序计数器(Program Counter,PC)
指令寄存器(Instruction Register)
状态条件寄存器
指令系统(1)
指令是指示计算机执行某种操作的命令。从计算机组成的层次结构来说,计算机的指令有三种:
微指令:
微程序级的命令,属于硬件部分
宏指令:
由若干条机器指令组成的软件指令,属于软件
机器指令:
介于微指令与宏指令之间,通常简称为指令
指令系统(2)
CISC
Complex Instruction puter,复杂指令集计算机
RISC
Reduced Instruction puter,精简指令集计算机
指令系统(3)
CISC
采用微程序设计方法实现指令的控制器
减轻编程的工作量,缩短程序代码
由于大量的复杂指令、可变的指令长度、多种的寻址方式,大大增加了解码的难度,代码难以优化,执行效率低
指令系统(4)
RISC
IBM370CISC系统占总指令数仅20%的简单指令在程序调用中占了80%,而占指令数80%的复杂指令却只有20%的机会用到
RISC具有以下的特点:
指令系统简化,由一些基本的、必要的指令构成;
除LOAD/STORE指令外,所有指令只与寄存器打交道,都在一个时钟周期内执行完毕;
绝大部分采用硬联线控制,不用或少用微程序实现;
使用较多的通用寄存器,没有专用寄存器;
采用优化编译技术,生成高效的目标代码程序。