计算机组成原理CH2FYZ

*,计算机组成原理,西南石油学院计算机软件学院 教师：李建,教师：李建,Tel:028-83032835,13908225598,计算机组成原理,1,主要内容：,CPU,的总体结构，,CPU,与主存储器间的信息交换,，主机与,IO,间的数据通路与信息交换方式，时序系统,重点：,CPU,的总体结构，,主机与,IO,间的信息交换方式，时序系统,难点：,时序系统,第二章 机器指令级的组成,2,2.1 中央处理器的总体结构,CPU,通常由以下几部分构成：,(1)控制部件,(2)算术逻辑运算部件,ALU(Arithmetic Logic Unit),(3),各种寄存器,(4),CPU,内部数据通道,第二章 机器指令级的组成,3,2.1 中央处理器的总体结构,一.,ALU,部件与寄存器,1.,ALU,部件,实现算术逻辑运算的部件,2.寄存器,(1),通用寄存器,功能，通用，位数，数目，构成，可编程，,(2),暂存器,(3),指令寄存器,IR(Instruction Register),或指令队列,(4),程序计数器,PC(Program Counter),(5),状态寄存器,PSW(Program State Word),第二章 机器指令级的组成,4,2.1 中央处理器的总体结构,二、总线（,Bus）,1.,地址总线,AB：,传送地址信息（如主存地址、外设地址）,2.数据总线,DB：,传送数据信息（如数、命令字、或状态字）,3.控制总线,CB：,传送、状态信息,4.单向总线和双向总线,第二章 机器指令级的组成,5,CPU,主存,接口,接口,I/O,I/O,系统总线（地址、数据、控制）,第二章 机器指令级的组成,6,2.1 中央处理器的总体结构,三、,CPU,内部数据通路,1.,单总线数据通路结构,暂存器,T1,暂存器,T2,R0,Rn,MDR,MAR,PC,IR,R1,ALU,第二章 机器指令级的组成,CPU,内总线,（,Ro)+(R1)=R1,(R0)+(M0)=R0,7,2.1 中央处理器的总体结构,三、,CPU,内部数据通路,2.,多组内总线结构,暂存器,T1,暂存器,T2,R1,Rn,R0,MDR,MAR,PC,IR,ALU,多路开关,多路开关,第二章 机器指令级的组成,输入数据总线,ALU,数据总线,寄存器数据总线,8,2.2,CPU,与主存储器间的信息交换,一、,CPU,与主存间的信息交换,存储器地址寄存器,MAR,存储器数据寄存器,MDR,二、主存储器的基本特性,MAR,地址译码器,MDR,主存控制线路,地址,数据,控制,第二章 机器指令级的组成,读操作：,写操作：,9,2.2,CPU,与主存储器间的信息交换,三、堆栈,1.存储器堆线,2.,寄存器组成的堆栈,第二章 机器指令级的组成,10,2.3 主机与,IO,间的数据通路与信息交换方式,一、数据通路,1.,辐射型(星型),主机,I/O,I/O,I/O,第二章 机器指令级的组成,11,2.3 主机与,IO,间的数据通路与信息交换方式,一、数据通路,1.,总线型,主机,I/O,I/O,第二章 机器指令级的组成,12,2.3 主机与,IO,间的数据通路与信息交换方式,一、数据通路,3.,通道型,主机,通道,I/O,通道,I/O,I/O,I/O,第二章 机器指令级的组成,13,2.3 主机与,IO,间的数据通路与信息交换方式,二、信息交换的控制方式,1.程序直接控制方式,(1),立即传送方式,(2)程序查询方式,2.程序中断传送方式,3.直接访存,DMA(Direct Memory Access),方式,4.通道控制方式,数据寄存器,控制寄存器,I/O,设备,状态寄存器,CPU,第二章 机器指令级的组成,I/O,接口,14,2.4 时序控制方式与时序系统,一、同步控制方式,同步控制方式指各项操作由统一的时序信号进行同步控制,二、同步控制方式的多级时序系统,1.多级时序的概念,(1),指令周期：,(2),机器周期：,(3),时钟周期(节拍)：,(4),时钟脉冲信号：,2.多级时序信号之间的关系,第二章 机器指令级的组成,15,M1,M2,M3,T1,T2,T3,T4,CLK,三级时序信号间的关系图2-9,第二章 机器指令级的组成,16,2.4 时序控制方式与时序系统,二、同步控制方式的多级时序系统,3.时序系统的组成,周期触发器,主振,时钟发生器,节拍发生器,启动暂停,M1,M2,T1,T2,第二章 机器指令级的组成,17,三、指令的执行过程,1.取指令,2.分析指令,3.取操作数,4.执行操作,5.形成下条指令地址,第二章 机器指令级的组成,18,2.5 典型,CPU,举例,一、80868088结构,(1),执行部件,EU:,(2),总线接口部件,BIU:,二、80868088寄存器,1.段寄存器(,CS,DS,ES,SS),2.,通用寄存器,(1),地址指针寄存器(,SI,DI,SP,BP),(2),数据寄存器(,AX,BX,CX,DX),第二章 机器指令级的组成,19,2.5 典型,CPU,举例,二、80868088寄存器,3.,用于控制的寄存器,(1),指令指针,IP:,指令物理地址=（,CS）*16D+(IP),(2),指令队列:8086有6个字节，8088有4个字节,(3),标志(状态)寄存器,FR(Flags Register),状态标志位：,CF,AF,OF,PF,SF,ZF,控制标志位：,IF,TF,DF,第二章 机器指令级的组成,20,2.5 典型,CPU,举例,三、,80868088的主存储器,1.,8086/8088主存储器的特点,地址总线：20位地址,寻址能力：1,MB,地址范围：00000,H-FFFFFH,字节单元：,字单元：高字节和低字节,第二章 机器指令级的组成,21,2.5 典型,CPU,举例,三、,80868088的主存储器,2.,主存储器的段结构,逻辑段：代码段，数据段，附加段，代码段,大小：=64,KB,关系：邻接(相邻)，间隔（分离），部分重叠，完全重叠,第二章 机器指令级的组成,22,2.5 典型,CPU,举例,3.,逻辑地址与物理地址,物理地址(20位),=(段地址)*16,D+,偏移地址（或有效地址,EA）,四、80868088的堆栈组织,1.堆栈组织,2.堆栈操作,(1),压栈(,PUSH),(2),出栈(,POP),第二章 机器指令级的组成,23,