计算机组成原理课件
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计算机组成原理(本全)课件
计算机组成原理(本 全)课件
目录
CONTENTS
• 计算机系统概述 • 中央处理器(CPU) • 存储器系统 • 输入输出(I/O)系统 • 计算机的体系结构 • 计算机的软件系统
01 计算机系统概述
计算机的发展历程
第一代计算机
电子管计算机，20世纪40年代 中期至50年代末期，主要用于
军事和科学研究领域。
CPU每个时钟周期执行的指令数，是 衡量CPU性能的重要指标。
03 存储器系统
存储器的分类和作用
分类
根据存储器的功能和位置，可以分为内存和外存两大类。内存是计算机内部存储器，用 于存放运算数据和程序代码；外存则是计算机外部存储器，用于长期保存大量数据和程
序。
作用
存储器是计算机的重要组成部分，它负责存储程序运行过程中所需的数据、指令等信息 ，使得CPU能够快速、准确地读取和写入数据，从而完成程序的执行。
软件系统
包括系统软件和应用软件两大类。
操作系统
是计算机的软件系统中最基本、最重要的部分，负责 管理和调度计算机的软硬件资源。
计算机的工作原理
二进制数制
计算机内部采用二进制数制进行运算和存储。
指令和程序
计算机按照程序中预定的指令序列进行自动执 行。
存储程序原理
将程序和数据存储在计算机内部，根据指令从存储器中取出数据和指令进行运 算和传输。
内存的工作原理和组织结构
工作原理
内存由多个存储单元组成，每个单元可以存储一个二进制数 。当CPU需要读取或写入数据时，会通过地址总线发送地址 信号，内存控制器根据地址信号找到对应的存储单元，完成 数据的读取或写入操作。
组织结构
内存的组织结构通常采用线性编址方式，即将内存单元按照 一定顺序排列，每个单元都有一个唯一的地址。内存的容量 大小由地址总线的位数决定，地址总线位数越多，可访问的 内存单元数量就越多。
目录
CONTENTS
• 计算机系统概述 • 中央处理器(CPU) • 存储器系统 • 输入输出(I/O)系统 • 计算机的体系结构 • 计算机的软件系统
01 计算机系统概述
计算机的发展历程
第一代计算机
电子管计算机，20世纪40年代 中期至50年代末期，主要用于
军事和科学研究领域。
CPU每个时钟周期执行的指令数，是 衡量CPU性能的重要指标。
03 存储器系统
存储器的分类和作用
分类
根据存储器的功能和位置，可以分为内存和外存两大类。内存是计算机内部存储器，用 于存放运算数据和程序代码；外存则是计算机外部存储器，用于长期保存大量数据和程
序。
作用
存储器是计算机的重要组成部分，它负责存储程序运行过程中所需的数据、指令等信息 ，使得CPU能够快速、准确地读取和写入数据，从而完成程序的执行。
软件系统
包括系统软件和应用软件两大类。
操作系统
是计算机的软件系统中最基本、最重要的部分，负责 管理和调度计算机的软硬件资源。
计算机的工作原理
二进制数制
计算机内部采用二进制数制进行运算和存储。
指令和程序
计算机按照程序中预定的指令序列进行自动执 行。
存储程序原理
将程序和数据存储在计算机内部，根据指令从存储器中取出数据和指令进行运 算和传输。
内存的工作原理和组织结构
工作原理
内存由多个存储单元组成，每个单元可以存储一个二进制数 。当CPU需要读取或写入数据时，会通过地址总线发送地址 信号，内存控制器根据地址信号找到对应的存储单元，完成 数据的读取或写入操作。
组织结构
内存的组织结构通常采用线性编址方式，即将内存单元按照 一定顺序排列，每个单元都有一个唯一的地址。内存的容量 大小由地址总线的位数决定，地址总线位数越多，可访问的 内存单元数量就越多。
《计算机组成原理》ppt课件
输入输出系统
输入设备
将人类可读的信息转换为计算机 可识别的二进制代码，如键盘、 鼠标等。
I/O控制方式
程序查询方式、中断方式、DMA 方式和通道方式等，用于管理输 入输出操作。
输出设备
将计算机处理后的结果转换为人 类可读的形式，如显示器、打印 机等。
I/O接口
连接输入输出设备与主机，实现 数据缓冲、电平转换和信号匹配 等功能。
括通用寄存器、专用寄存 器等。
指令的执行过程
取指
从内存中读取指令，并将其放入指令寄存器 中。
执行
根据微操作命令序列，控制运算器、寄存器 等部件执行相应的操作。
译码
将指令寄存器中的指令翻译成微操作命令序 列。
写回
将执行结果写回到寄存器或内存中。
CPU的性能指标
主频
CPU的时钟频率，通常以MHz或 GHz表示，主频越高，CPU处理
运算器
执行算术运算和逻辑运算， 处理数据。
寄存器
暂存指令、数据和地址， 提高CPU的运算速度。
存储器
01
主存储器
存放程序和数据的主要区域，直接和CPU交换信息。
02
辅助存储器
长期保存信息，容量大、价格低、速度慢，需通过主存与CPU交换信息。
03
高速缓冲存储器（Cache）
位于CPU和主存之间，存取速度接近CPU，用于缓解主存速度瓶颈问题。
云计算和大数据的融合是未来发展的趋 势，通过云计算平台提供的大数据服务， 可以实现海量数据的存储、处理和分析。 计算机组成原理在云计算和大数据融合 中发挥着重要作用，为构建高效、稳定 的云计算和大数据平台提供了理论支持。
计算机组成原理的发展趋势和挑战
发展趋势
计算机组成原理(本全PPT)
应用
用作固件存储，如BIOS、固件等。
外存储器
特点
容量大、价格低、速度慢、数据可长期保存。
分类
机械硬盘（HDD）和固态硬盘（SSD）。
外存储器
应用
作为计算机的主要存储设备。
特点
容量大、价格低、速度慢、数据可长期保存。
外存储器
分类
CD、DVD和蓝光光盘等。
应用
用于数据备份和存储。
高速缓存(Cache)
址和控制信号。
总线按照传输信号类型可以分为 数据总线、地址总线和控制总线。
总线按照连接部件可以分为内部 总线和外部总线，内部总线连接 计算机内部各部件，外部总线连
接计算机与外部设备。
主板的结构与功能
主板的结构包括
处理器插座、内存插槽、扩展插槽、硬盘接口、电源接 口等。
主板的功能包括
提供各部件之间的连接，实现数据传输和控制信号传递 ；保障系统的稳定性和可靠性；提供系统扩展能力。
I/O数据传输方式
优点
CPU可以执行其他任务，适用于高速I/O 设备。
VS
缺点
需要设置中断控制器，实现起来较为复杂 。
I/O数据传输方式
优点
CPU不直接参与数据传输，适用于大数据块 传输。
缺点
需要设置DMA控制器，成本较高。
I/O设备控制方式
要点一
优点
简单、易于实现。
要点二
缺点
CPU效率低下，适用于慢速I/O设备。
计算机组成原理(本全ppt)
• 计算机系统概述 • 中央处理器(CPU) • 存储器系统 • 输入输出系统(I/O) • 总线与主板 • 计算机系统性能评价与优化
01
计算机系统概述
计算机的发展历程
用作固件存储，如BIOS、固件等。
外存储器
特点
容量大、价格低、速度慢、数据可长期保存。
分类
机械硬盘（HDD）和固态硬盘（SSD）。
外存储器
应用
作为计算机的主要存储设备。
特点
容量大、价格低、速度慢、数据可长期保存。
外存储器
分类
CD、DVD和蓝光光盘等。
应用
用于数据备份和存储。
高速缓存(Cache)
址和控制信号。
总线按照传输信号类型可以分为 数据总线、地址总线和控制总线。
总线按照连接部件可以分为内部 总线和外部总线，内部总线连接 计算机内部各部件，外部总线连
接计算机与外部设备。
主板的结构与功能
主板的结构包括
处理器插座、内存插槽、扩展插槽、硬盘接口、电源接 口等。
主板的功能包括
提供各部件之间的连接，实现数据传输和控制信号传递 ；保障系统的稳定性和可靠性；提供系统扩展能力。
I/O数据传输方式
优点
CPU可以执行其他任务，适用于高速I/O 设备。
VS
缺点
需要设置中断控制器，实现起来较为复杂 。
I/O数据传输方式
优点
CPU不直接参与数据传输，适用于大数据块 传输。
缺点
需要设置DMA控制器，成本较高。
I/O设备控制方式
要点一
优点
简单、易于实现。
要点二
缺点
CPU效率低下，适用于慢速I/O设备。
计算机组成原理(本全ppt)
• 计算机系统概述 • 中央处理器(CPU) • 存储器系统 • 输入输出系统(I/O) • 总线与主板 • 计算机系统性能评价与优化
01
计算机系统概述
计算机的发展历程
计算机组成原理(本全PPT)白中英
32
为提高数据的表示精度，当尾数的值不为 0 时，其绝 对值应≥0.5，即尾数域的最高有效位应为1,否则以修 改阶码同时左右移小数点的办法，使其变成这一表 示形式，这称为浮点数的规格化表示。
101.1101=0.1011101×20011=0.010111010×20100
规格化表示为尾数是0.1011101，阶码是0011 而尾数是0.01011101，阶码是0100不是规格化表示。
16
(347) 8 =3×82+4×81+7×80=(103)10 (347.5) 8 =3×82+4×81+7×80+5×8-1 =(231.625)10 (34E.5) 16 =3×162+4×161+14×160+5×16-1 =(846.3125)10
17
2、不同数制间的转换 1＞十进制八，十六进制二进制 法则 整数部分：除8（16）取余数 小数部分：乘8（16）取整 重复循环
0≤︱X︱≤2n －1 或： — (2n －1)≤ X≤2n －1 （16位整数范围：— (215 －1)≤ X≤ (215 －1)
25
2、浮点表示法 1＞数的浮点表示 其范围和精度部分分别用定点数表示 123.45=1234.5×10－1=12345×10 －2 =123450×10 － 3 4796.54＝0 . 479654×104 0.00479654＝ 0 . 479654×10－2 －0.00479654＝ －0 . 479654×10－2
27
任意十进制N，可以化为 N＝M×10E 其中M为小数，E为整数 一个数S的任意进制表示 （S）R＝m×Re m ：尾数，是一个纯小数。 e ：比例因子的指数，称为浮点的指数，是一个 整数。 R ：比例因子的基数，对于二进计数值的机器 是一个常数，一般规定Ｒ 为2，8或16。
《计算机组成原理》课件
指令结束
将结果存回内存或寄存器 。
CPU的性能指标
速度
执行指令的速度，通常以MIPS（百万条 指令每秒）表示。
功耗
CPU在工作时的能耗。
集成度
CPU中晶体管的数量和密度。
可靠性
CPU在正常工作条件下无故障运行的概率 。
03
存储器
内存的分类与结构
分类
根据存储介质，内存可以分为RAM（随机存取存储器）和ROM（只读存储器）。RAM又可以分为DRAM（动态 随机存取存储器）和SRAM（静态随机存取存储器）。
谢谢您的聆听
THANKS
《计算机组成原理》ppt课件
CONTENTS
• 计算机系统概述 • 中央处理器 • 存储器 • 输入输出系统 • 总线系统 • 计算机系统可靠性及安全性
01
计算机系统概述
计算机的发展历程
机械计算机时代
1946年第一台电子计算机ENIAC诞生，占地170平方米，重30吨，运算速度5000次/秒。
晶体管计算机时代
20世纪50年代中期至60年代，计算机体积缩小，运算速度提高，可靠性增强。
集成电路计算机时代
20世纪60年代末至70年代初，微处理器出现，个人电脑开始进入市场。
大规模集成电路计算机时代
20世纪70年代中期至今，计算机体积更小，性能更高，应用领域更广泛。
计算机系统的组成
硬件系统
包括中央处理器、存储器、输入输出设备 等物理部件。
结构
内存主要由存储单元阵列、地址译码器和数据输入/输出缓冲器组成。每个存储单元阵列负责存储数据，地址译 码器负责将地址码转换为相应的存储单元的地址，数据输入/输出缓冲器则负责数据的读写操作。
内存的工作原理
将结果存回内存或寄存器 。
CPU的性能指标
速度
执行指令的速度，通常以MIPS（百万条 指令每秒）表示。
功耗
CPU在工作时的能耗。
集成度
CPU中晶体管的数量和密度。
可靠性
CPU在正常工作条件下无故障运行的概率 。
03
存储器
内存的分类与结构
分类
根据存储介质，内存可以分为RAM（随机存取存储器）和ROM（只读存储器）。RAM又可以分为DRAM（动态 随机存取存储器）和SRAM（静态随机存取存储器）。
谢谢您的聆听
THANKS
《计算机组成原理》ppt课件
CONTENTS
• 计算机系统概述 • 中央处理器 • 存储器 • 输入输出系统 • 总线系统 • 计算机系统可靠性及安全性
01
计算机系统概述
计算机的发展历程
机械计算机时代
1946年第一台电子计算机ENIAC诞生，占地170平方米，重30吨，运算速度5000次/秒。
晶体管计算机时代
20世纪50年代中期至60年代，计算机体积缩小，运算速度提高，可靠性增强。
集成电路计算机时代
20世纪60年代末至70年代初，微处理器出现，个人电脑开始进入市场。
大规模集成电路计算机时代
20世纪70年代中期至今，计算机体积更小，性能更高，应用领域更广泛。
计算机系统的组成
硬件系统
包括中央处理器、存储器、输入输出设备 等物理部件。
结构
内存主要由存储单元阵列、地址译码器和数据输入/输出缓冲器组成。每个存储单元阵列负责存储数据，地址译 码器负责将地址码转换为相应的存储单元的地址，数据输入/输出缓冲器则负责数据的读写操作。
内存的工作原理
计算机组成原理(唐朔飞) PPT
§1.1 计算机发展历史 §1.2 计算机常用术语 §1.3 计算机系统组成 §1.4 计算机性能指标 §1.5 计算机工作过程
计算机组成原理
§1.4 计算机性能指标
第1篇 概述
1、 机器字长
指计算机能直接处理的二进制数据的位数 机器字长用bit为单位，有8位、16位、32 位、64位，为字节的倍数 字长决定着计算机运算的精度、速度、造价
计算机组成原理 §1.3 计算机系统组成
第1篇 概述
小结
1、计算机系统的层次结构 2、理解冯·诺依曼计算机的特点 3、掌握现代计算机系统的组成 4、理解CPU内部控制器、运算器、 存储器的各部件的关系和功能 5、了解计算机软件的分类 6、理解各种计算机语言的特点
计算机组成原理
第1篇 概述
第1篇 概 述
分类： 对计算机本身进行操作和管理，提供给用户操
作环境和软件运行环境。
软件系统
操作系统*
汇编程序
系统软件 语言处理程序* 解释程序
数据库系统 编译程序
应用软件 通用软件*
核心软件，
专业软件*
•管理计算机全部软件和硬件资源，
•组织计算机各部分协调工作，
•提供用户操作界面的运行平台。
计算机组成原理 软件之操作系统
目前常用：DOS、Windows、Unix、Linux、Vista
计算机组成原理
第1篇 概述
分类：
软件系统
操作系统*
汇编程序
系统软件 语言处理程序* 解释程序
数据库系统 编译程序
应用软件 通用软件* 专业软件*
计算机语言分为机器语言、汇编语言、高
级语言，语言处理程序负责将这些语言编写 的程序翻译为计算机能读懂的语言，并将计 算机的运算结果翻译为相应的人们能理解的 语言程序。
计算机组成原理
§1.4 计算机性能指标
第1篇 概述
1、 机器字长
指计算机能直接处理的二进制数据的位数 机器字长用bit为单位，有8位、16位、32 位、64位，为字节的倍数 字长决定着计算机运算的精度、速度、造价
计算机组成原理 §1.3 计算机系统组成
第1篇 概述
小结
1、计算机系统的层次结构 2、理解冯·诺依曼计算机的特点 3、掌握现代计算机系统的组成 4、理解CPU内部控制器、运算器、 存储器的各部件的关系和功能 5、了解计算机软件的分类 6、理解各种计算机语言的特点
计算机组成原理
第1篇 概述
第1篇 概 述
分类： 对计算机本身进行操作和管理，提供给用户操
作环境和软件运行环境。
软件系统
操作系统*
汇编程序
系统软件 语言处理程序* 解释程序
数据库系统 编译程序
应用软件 通用软件*
核心软件，
专业软件*
•管理计算机全部软件和硬件资源，
•组织计算机各部分协调工作，
•提供用户操作界面的运行平台。
计算机组成原理 软件之操作系统
目前常用：DOS、Windows、Unix、Linux、Vista
计算机组成原理
第1篇 概述
分类：
软件系统
操作系统*
汇编程序
系统软件 语言处理程序* 解释程序
数据库系统 编译程序
应用软件 通用软件* 专业软件*
计算机语言分为机器语言、汇编语言、高
级语言，语言处理程序负责将这些语言编写 的程序翻译为计算机能读懂的语言，并将计 算机的运算结果翻译为相应的人们能理解的 语言程序。
计算机组成原理(本全)ppt课件
定点数的加减法实现
通过硬件电路实现定点数的加减法，包括加 法器、减法器等。
浮点数的加减运算
浮点数的表示方法
包括IEEE 754标准中浮点数的表示方法、规格化表示 和精度。
浮点数的加减法规则
包括阶码和尾数的运算规则、对阶操作、尾数加减运 算和结果规格化等。
浮点数的加减法实现
通过硬件电路实现浮点数的加减法，包括浮点加法器 、浮点减法器等。
指令的执行过程与周期
指令执行过程
取指、译码、执行、访存、写回等阶段 。
VS
指令周期
完成一条指令所需的时间，包括取指周期 、间址周期、执行周期等。
07
中央处理器（CPU）
CPU的功能与组成
控制器
负责指令的取指、译码和执行，控制 数据和指令在CPU内部的流动。
运算器
执行算术和逻辑运算，包括加、减、 乘、除、与、或、非等操作。
多核处理器与并行计算
多核处理器
将多个处理器核心集成在一个芯片上，每个核心可以独立执行指令，提高处理器的并行 处理能力。
并行计算
利用多核处理器或多个处理器同时处理多个任务或数据，加速计算过程，提高计算效率 。
08
输入输出系统
I/O接口与I/O设备
I/O接口的功能
实现主机与外设之间的信息交换，包括数据 缓冲、信号转换、设备选择等。
乘法与除法运算
浮点数的乘除法运算
包括浮点数的乘法、除法和平方根运算等。
定点数的乘除法运算
包括原码一位乘法、补码一位乘法、原码除 法和补码除法等。
乘除法运算的实现
通过硬件组成与设计
运算器的基本组成
包括算术逻辑单元（ALU）、寄存器组、数据总线等。
运算器的设计原则
2024版计算机组成原理全ppt课件
掌握总线仲裁算法，实现总线的分配和管理。
实验步骤
确定总线仲裁方案、设计仲裁电路、连接并测试总线系统。
THANKS
感谢观看
ABCD
PCI总线
一种高性能的局部总线标准，广泛应用于计算机 内部设备连接。
IEEE 1394总线
一种高速串行总线标准，主要用于音视频设备的 连接和数据传输。
07
输入输出（I/O）系统组织结 构和设备接口技术
I/O系统基本概念和组成要素
I/O系统的定义
I/O系统是指计算机与外部设备之间进行数据传输和控制的系统， 它是计算机系统的重要组成部分。
ARM指令系统
ARM是一种精简指令集（RISC）架构，具有简单的指令集 和较少的寻址方式，广泛应用于嵌入式系统和移动设备。
MIPS指令系统
MIPS也是一种精简指令集（RISC）架构，具有简单的指令 集和较少的寻址方式，被用作许多大学计算机组成原理课 程的教材。
05
中央处理器（CPU）组成与功 能实现
08
计算机组成原理实验项目指导
实验项目一：简单组合逻辑电路设计
实验目的
掌握组合逻辑电路的基本原理和 设计方法。
实验要求
使用逻辑门电路搭建，测试并验 证电路功能。
实验内容
设计并实现一个简单的组合逻辑 电路，如加法器、比较器等。
实验步骤
确定设计目标、列出真值表、化 简逻辑表达式、选择器件并搭建
电路、测试与调试。
请求分段存储管理
在分段系统的基础上，增加了请求调段和分段置换功能。当 要访问的段不在内存时，产生缺段中断，系统将外存中的段 调入内存
04
指令系统设计与寻址方式选择
指令格式及操作码编码方法
指令格式
实验步骤
确定总线仲裁方案、设计仲裁电路、连接并测试总线系统。
THANKS
感谢观看
ABCD
PCI总线
一种高性能的局部总线标准，广泛应用于计算机 内部设备连接。
IEEE 1394总线
一种高速串行总线标准，主要用于音视频设备的 连接和数据传输。
07
输入输出（I/O）系统组织结 构和设备接口技术
I/O系统基本概念和组成要素
I/O系统的定义
I/O系统是指计算机与外部设备之间进行数据传输和控制的系统， 它是计算机系统的重要组成部分。
ARM指令系统
ARM是一种精简指令集（RISC）架构，具有简单的指令集 和较少的寻址方式，广泛应用于嵌入式系统和移动设备。
MIPS指令系统
MIPS也是一种精简指令集（RISC）架构，具有简单的指令 集和较少的寻址方式，被用作许多大学计算机组成原理课 程的教材。
05
中央处理器（CPU）组成与功 能实现
08
计算机组成原理实验项目指导
实验项目一：简单组合逻辑电路设计
实验目的
掌握组合逻辑电路的基本原理和 设计方法。
实验要求
使用逻辑门电路搭建，测试并验 证电路功能。
实验内容
设计并实现一个简单的组合逻辑 电路，如加法器、比较器等。
实验步骤
确定设计目标、列出真值表、化 简逻辑表达式、选择器件并搭建
电路、测试与调试。
请求分段存储管理
在分段系统的基础上，增加了请求调段和分段置换功能。当 要访问的段不在内存时，产生缺段中断，系统将外存中的段 调入内存
04
指令系统设计与寻址方式选择
指令格式及操作码编码方法
指令格式
《计算机组成原理》课件
了解多种计算机体系结构的优缺点，分析 不同系统的适用领域，结合实际案例深入 理解计算机体系结构的实现原理和设计思 路
计算机组成基础理论
寄存器与缓存
探索计算机内部的寄存器和缓 存原理，了解不同级别寄存器 和缓存在计算机系统中的角色 和作用
主板与总线
深入了解计算机总线结构及数 据和控制流在总线上的传输方 式，了解与总线相关的概念和 术语
掌握计算机硬件与软件之间的交互、
学会优化计算机性能的技巧
2
协作机制及其适用领域
了解计算机性能优化的基本概念和方
法，并能熟练运用于实践中
3
应用计算机体系结构案例分析
了解计算机体系结构中重要的实用技 术及其应用案例，并以此为基础研究 计算机领域中的新技术Fra bibliotek课程大纲
1 计算机组成基础理论
2 计算机硬件设计
操作系统优化技术
了解操作系统的内部工作原理，学习操作系统性能优化的方法和技巧
硬件优化技术
研究不同硬件系统中的性能问题，了解针对硬件性能进行的优化和调整策略
计算机体系结构案例分析
大型机体系结构
了解大型机的体系结构和设计 原理，深入探索大型机的操作 系统和应用场景
小型机体系结构
了解不同小型机的体系结构和 优化方案，探索小型机领域的 设计和发展趋势
分布式计算体系结构
了解分布式计算的各种技术和 常用框架，学习相关开源软件 和系统的使用方法和技巧
评价与总结
在本课程中，我们深入探讨了计算机组成原理的各个方面，了解了计算机硬 件的基本原理、如何优化计算机性能、如何设计计算机体系结构等关键技能 和知识。
希望通过这门课程的学习，您能够对计算机系统有更深入的理解，并能更好 地应用相关技术和知识。谢谢！
计算机组成原理ppt课件
常见输入输出接口类型和特点比较
要点一
常见输入输出接口类型
要点二
特点比较
常见的输入输出接口类型包括PS/2接口、USB接口、HDMI 接口、DisplayPort接口、SATA接口等。
不同的输入输出接口类型具有不同的特点，如传输速度、支 持热插拔、连接方式等。例如，USB接口支持热插拔和即插 即用，而SATA接口则主要用于连接硬盘和光驱等存储设备。
定点数表示与运算方法
定点数表示方法
阐述定点数的表示方法，包括符号位、 数值位等，并介绍定点数的范围及精 度。
定点数加减运算
详细讲解定点数的加减运算方法，包 括补码加减运算等。
定点数乘除运算
介绍定点数的乘除运算方法，包括原 码乘除、补码乘除等算法。
定点数运算器的设计
阐述定点数运算器的设计原理和实现 方法，包括加法器、减法器、乘法器 和除法器等。
当中断发生时，计算机首先保存当前程序的执行状态，然后转去执行中断处理程序。中断处理程序执行完毕 后，计算机再返回原程序继续执行。这个过程需要由计算机的操作系统来管理和控制。
THANK YOU
指令系统设计原则和优化策略
有效性原则
指令系统应能有效地支持高级 语言的实现，提高程序执行效 率。
兼容性原则
新设计的指令系统应尽可能与 已有的指令系统保持兼容。
完备性原则
指令系统应满足程序设计的各 种需求，具备完备性。
规整性原则
指令系统应尽可能规整，简化 硬件实现和软件编程。
优化策略
采用流水线技术、超标量技术、 乱序执行技术等优化策略，提 高指令执行速度和效率。
高速缓冲存储器（Cache）原理及应用
Cache原理
Cache是一种高速缓冲存储器，它位于CPU和内存之间，用于存储CPU最近访问过的数 据和指令。通过Cache技术，可以提高CPU访问内存的效率和速度。
相关主题
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计算机科学与技术学院
计算机组成原理
7
（6）显示/修改寄存器内容命令R 格式：R [寄存器名] 功能：不带参数时，是显示全部寄存器及状态寄存器 的值，并反汇编当前PC所指的一条指令，其中状态 的显示格式为：“F=8位二进制数”，其各位的值分 别对应于C、Z、V、S，P1、P0、0、0的值。带参数 时，如R R0表示要通过输入新值来修改相应寄存器 R0的内容。
计算机科学与技术学院
计算机组成原理
14
教学计算机中的汇编程序的例子
例1：设计一个程序，在屏幕上显示字符“6”。 A 2000 ;地址从16进制的2000（内存RAM区的起
始地址）开始
2000: MVRD R0,0036 ;把字符‘6’的ASCII码送入R0 2002: OUT 80 ;在屏幕上输出显示字符‘6’，
计算机科学与技术学院
计算机组成原理
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用G命令运行前面刚输入的程序。 G 2000（回车） 程序运行结束后，可以看到程序的运行结果，屏幕显示各寄 存器的值，其中R0和R1的值均为55，说明程序运行正确。 当然也可以用P或T命令，逐条地执行这段程序中的指令，每 执行一条指令就停下来，以便查看每一条指令的运行结果。 T 2000（回车） （结果从略，自己到实验中去看） T （回车） （结果从略，自己到实验中去看） 继续打入T命令，直到程序结束（不能用P、T命令运行程序 的最后那条指令RET）。
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（4）、（5）单指令执行程序命令T和P 格式：T [adr] 或 P [adr] 功能：从指定的（或PC中的当前地址）开始，单条 指令方式执行用户程序。通常情况下，每按一次T或 P将执行一条指令。它们的区别是，T总是执行单条 指令，但执行P命令时，则把每一个CALL语句连同 被调用的子程序一次执行完成。每次执行后均显示所 有通用寄存器及状态寄存器的内容，并反汇编出下一 条将要执行的指令。
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可以用R命令显示和修改有关寄存器的值，例如： R 不带参数则显示所有通用寄存器的值，状态字的值，下一 条待执行指令的内容； 带寄存器名参数时，是修改寄存器内容，例如，R R3 命令， 回车后首先显示R3的原有内容，打入新值则完成替换。 可以用U命令对刚输入并运行过的程序进行反汇编。 U 2000（回车） （结果从略，自己到实验中去看） 可以用D命令看从内存2000单元开始的这片存储区域中的内 容。 D 2000（回车）； （结果从略，自己到实验中去看） 还可以用E命令向内存储器2100单元开始的一片存储区域键 入一些数据，之后再用D命令查组成原理
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例3：设计一个程序，用次数控制在终端屏幕上输出‘0’到‘9’十个数字符。 A 2020 2020 MVRD R2，000A ；送入输出字符的个数 2022 MVRD R0，0030 ；‘0’字符的ASCII码 2024 OUT 80 ；输出保存在R0低位字节的字符 DEC R2 ；输出字符个数减1 JRZ 202E ；判全部字符输出完否,已完,则转移到程序结束处 PUSH R0 ；未完，保存R0的值到堆栈中 (2028) IN 81 ；查询接口状态，判字符的串行输出过程结束否 SHR R0 ； JRNC 2028 ；未完成，则循环等待 POP R0 ；已完成，准备继续输出下一字符，从堆栈恢复 ; R0 的值 INC R0 ；得到下一个要输出的字符 JR 2024 ；转去输出字符 (202E) RET
基础汇编语言实验
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实验目的
1、学习和了解TEC-2000十六位机监控命令的 用法 2、学习和了解TEC-2000十六位机的指令系统
3、学习简单的TEC-2000十六位机汇编程序设 计
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TEC-2000A教学计算机的操作与使用方法，主要指 通过由监控程序提供的监控命令控制教学计算机的运 行功能。教学计算机处于正常运行状态时，它通过串 行接口和PC机仿真终端相连接,通过常用的A、D等 监控命令可以进行联机操作。这些监控命令，实现类 似于PC机DOS系统下的Debug程序的功能，包括A、 U、G、T、P、R、D、E共8条命令，其格式为一个 英文字母（大小写随意）表示的命令名、一个空格 （可有可无）跟命令参数，下面分别介绍。
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实验要求
1. 实验之前认真准备，看清实验要求、初步安排好实验内容 和操作步骤，设计好实验程序的源代码； 2．实验中认真操作，听从教师安排，按时开始和结束实验过 程；实验中仔细分析遇到的问题并设法解决，做好实验过程 与实验结果的记录工作；防止损坏设备； 3．实验之后认真写出实验报告，包括实验预习与数据准备情 况，实验中遇到的问题和解决的办法及效果，实验操作过程 与实验结果的分析整理等总结性的内容； 4．实验中尚未完全理解或解决的问题，实验的收获及心得体 会，对实验安排的建议与意见等。
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例5：该程序的功能是首先把字符‘A’～‘F’写到内存的2040～2045几个单 元，然后再读出来并显示到屏幕上: A 2020 2020： MVRD R3，06 ；给出写内存操作的次数 2022： MVRD R2，203F 2024： MVRD R1，40 2026： INC R2 ；给出写内存操作的内存地址 2027： INC R1 ；给出写内存操作的内存地址 2028: STRR [R2],R1 ;写寄存器R1的内容到由R2指定地址的内存单元 中 2029： LDRR R0,[R2] ;读出内存单元的数据到R0寄存器 202A： OUT 80 202B: IN 81 202C: SHR R0 202D: JRNC 202B 202E: DEC R3 ;检查6次写内存操作是否完成 202F: JRNZ 2026 ；未完则开始下一次写内存操作 2030: RET ；程序结束
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（7）显示存储器内容命令D 格式：D [adr] 功能：从指定（或默认的）地址开始显示内存128个存储字的 内容。连续的D命令，保证显示内容前后正确的连续关系，即 每次执行D命令，会将默认的地址值加上128。 （8）修改存储器内容命令E 格式：E [adr] 功能：从指定（或默认的）地址逐字修改每个内存单元的内 容，要求用户打入一个新的值，相应内存单元的内容将被修 改。接下来若打入空格键，可以开始修改下一个字，如打入 的是回车键，则会结束E命令的执行过程。 使用上述8条命令，就可以完成所期望的操作。
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实验步骤
1、关闭电源，将大板上的COM1口与PC机的串口相 连； 2、接通电源，在PC机上运行PCEC.EXE文件，设置 所用PC机的串口“1”或“2”，其它的设置一般不 要改动，直接回车 3、置控制开关为00101（连续、内存读命令，组合逻 辑，16位，联机） 4、按一下“RESET”按键，再按一下“START” 按键
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用A命令键入教学计算机的一段汇编源程序，主要是向累加 器送入数据和执行运算。 A 2000（回车） ；程序的起始地址选为16进制的2000 （即内存RAM区 2000: MVRD R0，AAAA ；的起始地址），这 里的数据均为16进制表示方式 2002: MVRD R1，5555 2004: ADD R0，R1 2005: AND R0，R1 2006: RET ；程序的最后一个语句，必须为RET 指令 2007:（直接敲回车键，结束A命令的输入程序的操作过程）
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（2）反汇编命令U 格式：U [adr] 功能：每次从指定的（或默认的）地址反汇编15条指 令，并将结果显示在终端屏幕上。反汇编完成之后， 已将该命令的默认地址修改好。接下来键入不带参数 的U命令时，将接着从上一次反汇编的最后一条语句 之后继续反汇编。 （3）执行程序命令G 格式：G [adr] 功能：从指定的（或默认的）地址连续地运行一个用 户程序。为了使程序执行后能返回监控程序，要求每 个用户程序的最后一条指令一定为RET指令。
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实验内容
使用监控程序的R命令显示/修改寄存器内容、D命令 显示存储器内容、E命令修改存储器内容 使用A命令写一小段汇编程序，U命令反汇编刚输入 的程序，用G命令连续运行该程序，用T、P命令单 步运行并观察程序单步执行情况
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（1）单条汇编命令A 格式：A [adr] 这里的 [adr] 表示此处的地址参数adr为任选项，由4 位十六进制的数组成（下同），无此参数时，系统将 取默认值。 功能：完成单条指令的汇编操作，把产生出来的教学 计算机的执行代码放入对应的内存单元中。命令名后 的地址将是头一条汇编语句的执行码的内存单元地址。 每条语句汇编完成之后，系统将相应修改地址值，以 便正确处理下条汇编语句。在应该输入汇编语句位置 不给出汇编语句而直接回车，则结束A命令的运行过 程。
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例6：设计一个有读写内存和子程序调用指令的程序，功能是读出指定内存中的大 写字母字符，将其显示到屏幕上，转换为小写字母后再写回存储器原存储区域: E 20F0 41 42 43 44 45 46 A 2080 MVRD R3,0006 ;指定被读数据的个数 MVRD R2,20F0 ；指定被读、写数据内存区首地址 (2084)LDRR R0,[R2] ；读内存中的一个字符到R0 CALA 2100 ；调用子程序，完成显示、转换并写回的功能 DEC R3 ；检查输出的字符个数 JRZ 208C ；完成输出则结束程序 INC R2 ；未完成，修改内存地址 JR 2084 ；转移到程序的2084处，循环执行规定的处理 (208C)RET A 2100 OUT 80 ；输出保存在R0寄存器中的字符 MVRD R1,0020 ；转换保存在R0中的大写字母为小写字母 ADD R0,R1 STRR [R2],R0 ；写R0中的字符到内存， (2105) IN 81 ；测试串口是否完成输出过程 SHR R0 JRNC 2105 ；未完成输出过程则循环测试 RET