电子计算机的基本结构

2 . 2 电子计算机的组成结构
寄存器分为数据寄存器、地址寄存器和标志寄存器等。 寄存器分为数据寄存器、地址寄存器和标志寄存器等。 最常用的数据寄存器是用于存放加法运算结果的累加寄存 中的累加寄存器命名为AX。 器ACC，8086中的累加寄存器命名为 。 ， 中的累加寄存器命名为 地址寄存器有基址寄存器、变址寄存器等。 地址寄存器有基址寄存器、变址寄存器等。 标志寄存器FR常见的标志有进位标志 、溢出标志OF、 标志寄存器 常见的标志有进位标志CF、溢出标志 、 常见的标志有进位标志 辅助进位标志AF、零标志ZF、符号标志SF和奇偶标志 和奇偶标志PF等 辅助进位标志 、零标志 、符号标志 和奇偶标志 等， 这些标志分别占据标志寄存器FR中的不同位 中的不同位。 这些标志分别占据标志寄存器 中的不同位。
第2章 电子计算机的基本结构
2. 1 2. 2 2. 3 2. 4 2. 5 冯·诺依曼计算机模型 电子计算机的组成结构 计算机系统的分类 电子计算机的性能评价 电子计算机的特点与发展趋势
2 . 1 冯·诺依曼计算机模型 诺依曼计算机模型
2. 1 冯·诺依曼计算机模型 （最初的） 诺依曼计算机模型 最初的）
2 . 2 电子计算机的组成结构
2. 2. 3 计算机系统的层次结 构
为什么要分层？ 为什么要分层？ 分工与协作，提高生产率。 分工与协作，提高生产率。
第5级：应用语言虚拟机 级 第4级：高级语言虚拟机 级 第3级：汇编语言虚拟机 级
问题：分几层为好？ 问题：分几层为好？
第2级：操作系统虚拟机 级 第1级：机器语言机器 级 第0级：微程序机器 级 计算机系统的层次结构
透明性 (Transparency)
本来存在的事物或属性， 本来存在的事物或属性，从 某种角度看似乎不存在。 某种角度看似乎不存在。
例如：浮点数表示、 例如：浮点数表示、乘法指令 对高级语言程序员、 ，可以理 对高级语言程序员、应用程序员 体系结构设计， 体系结构设计 对汇编语言程序员、 对汇编语言程序员、机器语言程序员
2 . 2 电子计算机的组成结构 2. 2. 1 电子计算机的基本组成 2.处理单元的组成 处理单元的组成 CU是PU的指挥机构，由程序计数器 、存 的指挥机构， 是 的指挥机构 由程序计数器PC、 放当前指令的指令寄存器IR、 放当前指令的指令寄存器 、解释指令的指令译 码器ID、 码器 、发出各种命令信号的控制信号发生器及 相应的控制逻辑组成。CU依据指令译码器产生的 相应的控制逻辑组成。 依据指令译码器产生的 一系列操作命令/信号来指挥 协调PU乃至计算 信号来指挥、 一系列操作命令 信号来指挥、协调 乃至计算 机系统中各个部件的工作。 机系统中各个部件的工作。
解为： 解为：决定哪些事物对 例如：数据总线宽度、 哪些事物 例如：数据总线宽度、微程序 程序员透明， 程序员透明， 对汇编语言程序员、 对汇编语言程序员、机器语言程序员 对程序员不透明
对硬件设计者、 对硬件设计者、计算机维修人员
透明 不透明
透明 不透明
2 . 3 计算机系统的分类
2. 3. 1 综述 1. 根据数据表示原理，电子计算机分为模拟式和数字式。 根据数据表示原理，电子计算机分为模拟式和数字式。 2. 依据性能的高低，计算机分为超级计算机、大型计算机、 依据性能的高低，计算机分为超级计算机、大型计算机、 中型计算机、小型计算机、工作站和微型计算机。 中型计算机、小型计算机、工作站和微型计算机。 3. 按照结构集成的不同方式，微型计算机分为单片机和单 按照结构集成的不同方式， 板机。 板机。 4. 计算机按其设计目的又可分为专用计算机和通用计算机 5. 根据计算机的用途不同，计算机分为个人计算机、工控 根据计算机的用途不同，计算机分为个人计算机、 机、军用计算机和嵌入式计算机
2 . 2 电子计算机的组成结构
2. 2. 2 计算机体系结构、 计算机体系结构、 计算机体系结构是指程序员所看到的机器 计算机体系结构是指程序员所看到的机器 的属性， 的属性，即机器的概念性结构和功能表 现。 这里，程序员主要是指汇编程序员。 这里，程序员主要是指汇编程序员。
由于“计算机体系结构”概念的提出， 由于“计算机体系结构”概念的提出，又派 生出两个新的重要概念 计算机组成和计算机实现 • 计算机组成是计算机体系结构的逻辑实现。 计算机组成是计算机体系结构的逻辑实现。 是计算机体系结构的逻辑实现 一种计算机体系结构可以有多种不同的计 算机组成。 算机组成。 • 计算机实现是计算机组成的物理实现。一 计算机实现是计算机组成的物理实现 是计算机组成的物理实现。 种计算机组成也可以有多种不同的计算机 实现。 实现。
2 . 1 冯·诺依曼计算机模型 诺依曼计算机模型
冯·诺依曼计算机模型 的特点 诺依曼计算机模型
计算机由运算器 存储器、输入/输出设备和 运算器、 1. 计算机由运算器、存储器、输入/输出设备和 控制器组成 并以运算器为中心连接在一起。 组成， 控制器组成，并以运算器为中心连接在一起。 存储器由一组一维排列、 2. 存储器由一组一维排列、线性编址的存储单元 组成，每个存储单元的位数是相等且固定的， 组成，每个存储单元的位数是相等且固定的， 存储单元按地址访问。 存储单元按地址访问。 程序”是由一条一条的指令有序排列而成， 3. “程序”是由一条一条的指令有序排列而成， 而指令由操作码和地址码两部分组成。 而指令由操作码和地址码两部分组成。
2 . 2 电子计算机的组成结构 2. 2. 3 计算机系统的层次结构
虚拟机：因为用户在使用计算机时， 虚拟机：因为用户在使用计算机时，看到的就是 这些软件的界面， 这些软件的界面，他并不了解也不必了解物理计 算机内部的结构及工作原理。这些软件的界面向 算机内部的结构及工作原理。 用户提供了他期望让计算机实现的全部功能。 用户提供了他期望让计算机实现的全部功能。换 句话说， 句话说，这些软件的界面就是计算机所具有功能 的具体体现。 的具体体现。 虚拟机的实现有解释(Intelpretation)和翻译 和翻译 虚拟机的实现有解释 (Translation)两种途径。 两种途径。 两种途径
2 . 2 电子计算机的组成结构 2. 2. 1 电子计算机的基本组成 3.硬件 硬件 硬件指构成电子计算机的物理实体， 硬件指构成电子计算机的物理实体，如处理 存储器（内存）、输入/输出控制器 ）、输入 输出控制器（ 器、存储器（内存）、输入 输出控制器（接口电 路）等芯片及其集成这些芯片的印制线路板—— 等芯片及其集成这些芯片的印制线路板 主板，外设等。其中存储器包括： 主板，外设等。其中存储器包括：可以被处理器 直接访问的主存储器（简称主存或内存） 直接访问的主存储器（简称主存或内存）和不可 被处理器直接访问的辅助存储器（ 被处理器直接访问的辅助存储器（简称辅存或外 存） 。
2 . 1 冯·诺依曼计算机模型 诺依曼计算机模型 冯·诺依曼计算机模型 的特点（续） 诺依曼计算机模型 的特点（
指令和数据均采用二进制数表示， 4. 指令和数据均采用二进制数表示，并以二进制 数形式进行运算 。 程序（指令） 5. 程序（指令）与数据是同等地不加区分地存储 在同一个存储器中 。 设置“程序计数器PC” PC”来指示下一条将要执行 6. 设置“程序计数器PC”来指示下一条将要执行 的指令的地址。每执行完一条指令， 的指令的地址。每执行完一条指令，程序计数 器就自动加1 指向下一条指令的存储单元。 器就自动加1，指向下一条指令的存储单元。
2 . 4 电子计算机的性能评价
• • • • • • • • • • 基本字长 字： 字长： 字长： 主存储器容量 处理速度 主频 存储器的存取周期 功耗 吞吐率和响应时间 辅存容量 等等
• **看书中的解释（27页） 看书中的解释（ 页
2 . 5 电子计算机的特点与发展趋势
2. 5. 1 电子计算机的特点 1. 能在程序控制下自动连续地工作 。 2. 运算速度快，计算精度高 。 运算速度快， 3. 具有逻辑判断能力 。 4. 通用性强 。 5. 具有很强的“记忆”功能 。 具有很强的“记忆”
2 . 2 电子计算机的组成结构
2. 2. 1 电子计算机的基本组成 2.处理单元的组成 处理单元的组成 从逻辑上看， 主要由算术逻辑单元 主要由算术逻辑单元ALU、控制单 从逻辑上看，PU主要由算术逻辑单元 、 以及一些暂存单元——寄存器组以及内部总线组成 元CU以及一些暂存单元 以及一些暂存单元 寄存器组以及内部总线组成 成。 ALU是计算机的运算装置，它能够完成“加、减、乘、 是计算机的运算装置，它能够完成“ 是计算机的运算装置 等算术运算和“ 异或”等逻辑运算。 除”等算术运算和“与、或、非、异或”等逻辑运算。一 个基本的ALU由加法器、移位电路和若干内部寄存器及 由加法器、 个基本的 由加法器 相应的控制逻辑和组成。 相应的控制逻辑和组成。
概念性的结构
主存储器 主存控制器 ＩＯＰ 打印机 卡片机 终端 ＩＯＰ 磁盘机 … 磁带机 ＣＰＵ
功能特性源自数据表示：硬件能够直接认别和处理的数据类型和格式； 数据表示：硬件能够直接认别和处理的数据类型和格式； 寄存器组织：操作数寄存器、变址寄存器、 寄存器组织：操作数寄存器、变址寄存器、控制寄存器及专 用寄存器的定义、数量和使用规则等； 用寄存器的定义、数量和使用规则等； 指令系统：机器指令的操作类型、格式， 指令系统：机器指令的操作类型、格式，指令间的排序和控 制机制等； 制机制等； 中断系统：中断类型、中断级别和中断响应方式等； 中断系统：中断类型、中断级别和中断响应方式等； 存储系统：最小编址单位、编址方式、主存容量、 存储系统：最小编址单位、编址方式、主存容量、最大寻址 空间等； 空间等； 处理机工作状态：状态的定义和切换方式，如管态和目态； 处理机工作状态：状态的定义和切换方式，如管态和目态； 输入输出系统：连接方式、数据交换方式、 输入输出系统：连接方式、数据交换方式、数据交换过程的 控制等； 控制等； 信息保护，包括信息保护方式和硬件对信息保护的支持等。 信息保护，包括信息保护方式和硬件对信息保护的支持等。