(精选)D硬件讲义计算机硬件基础第三章 微机的总线与主板-2第二章
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3. 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）
4. 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。
5. 运算器（也称“算术逻辑单元ALU：Arithmetic Logic Unit）其功能实执
存储器
功能：用于保存程序和数据 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）
第二章 计算机的基本工作原理与 指令系统
2.3 内存的组成及读写原理
➢ 内存组成和基本结构 ➢ 内存的读写 ➢ 典型微机的内存接口 ➢ 内存堆栈与堆栈操作
2.4 指令系统
➢ 指令系统简介 ➢ 指令系统的发展
2.5 计算机的工作过程
➢ 指令的执行过程 ➢ 加速程序执行的方法
习题与思考题
1—15、18、21、25、26、33、34
发出控制信号指。令译志影码等响器，到大这多些器 组数标堆运志栈算位指类。针指控(S令制P)的标执志行，将如会： 累加器锁存器
（I中D)断标志（、IR陷)程阱序标计志数器等(。PC)
。
操作控制器
ALU
（OC)
暂存器
控制总线(CB)
控制器
运算器
标志寄存器(FR)
第9 页
2.2.1 中央处理器的基本构成
输入/输出(Input/Output)设备和外存合称“外围设备”。
外设=I/O+辅助存储器
第5 页
2.1.2 计算机的总线结构
总线是一组能为多个部件服务的公共信息传送线路，分 时地发送与接收各部件的信息。计算机的五大 部件之间就 是通过（Bus）连接实现信息交换的。
根据总线所传输的信息通常把总线分为地址总线、数据 总线和控制总线。简称三大总线。
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”）
6. 控制器：指令执行的顺序、控制各种部件的动作 7. 寄存器组（R）：暂存数据、命令
第8 页
2.2.1 中央处理器的基本构成
地址总线(AB)Hale Waihona Puke Baidu
数据总线(DB)
指令寄存器组用 于存放要执行的 指令。
寄存器累组加用器于是暂一存个特殊的通用寄存 数地据址、器缓命，存令他器总是提供送入暂AL存U的器两的个作用保从将数要据送缓入存器
三大总线=数据总线+地址总线+控制总线 ➢地址总线（AB）：单向，用于向内存、输入/输出设备 传输地址信息。 ➢数据总线（DB）：双方，传输各种数据信息。 ➢控制总线（CB）：传输控制信息
第6 页
2.1.2 计算机的总线结构
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。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。
待执行的指令。 ⑶ 指令译码器ID，又称操作码译码器或
指令功能分析解释器。 ⑷ 地址形成部件 ⑸ 微操作信号发生器
指令的执行都可分解成一系列微 操作控制信号。微操作信号发生器的 根据指令译码器的输出和时序部件提 供的定时信号，确定完成该指令所需 要的步骤以及完成每一步骤所需要的 控制信号组合。 ⑹ 时序部件，给出定时信号以确定产生 控制信号的具体时间。
运算操作数内AL之部U是一总运，线算且A器运LU的算运核后算心的的，操它作是数以器全。 结果又总是加返器回为累基加础器，。辅以移位寄存器
及相应的控制逻辑组合而成的
电路，在控制信号的作用下可
根据指令内容指，令（寄I标的态R存)志状标器寄态志存和，器特如寄 存主征：通要：进完辑用用包位寄成运于括标存加算存两志器、。放部、组减分结AL、内果U操乘容为作、：零结除状标果几累各加种器逻(ACC)
系统总线
接口
接口
CPU
内存
… 外部设备
外部设备
. 单总线结构
第7 页
2.2 中央处理器的基本组成与基本工作原理
1. 中央处理机CPU
2. 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。
第二章 计算机的基本工作原理与 指令系统
本章主要内容 2.1 计算机系统的硬件结构
➢ 计算机的五大主要部件 ➢ 计算机的总线结构
2.2 CPU的组成与基本工作原理
➢ CPU的组成与基本工作原理 ➢ 计算机中数据信息的表示 ➢ 算术运算与逻辑运算的实现 ➢ 控制信号的产生 ➢ 典型CPU的总体结构
第1 页
第4 页
2.1.1 计算机的主要部件
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=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
第2 页
2.1.1 计算机的主要部件
五大基本部件：
输入 输入设备
程序/原始数据
存储器 辅助存储器
主存储器
输出 输出设备
运算结果
运算器
指令数据线 控制信号线
控制器
第3 页
2.1.1 计算机的主要部件
运算器
功能：算术运算和逻辑运算 其主要部件：ALU（算术逻辑部件）
控制器
功能：使计算机能自动地执行程序，并使各部分协调工作
1．运算器
⑴ 累加器A：N位的寄存器，用于保存运算过程中的有关数据。 ⑵ 暂存器：N位寄存器，接收来自累加器和数据总线的数据。 ⑶ 加法器Σ：由N个全加器构成。 加法器的两个输入：累加器A、暂存器 加法器的输出：送入累加器A，也可以发送给数据总线DB。
第 10 页
2.2.1 中央处理器的基本构成
2.控制器 ⑴ 程序计数器PC，又称指令计数器 ⑵ 指令寄存器IR，存放从内存中取出的
CB AB DB
4. 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。
5. 运算器（也称“算术逻辑单元ALU：Arithmetic Logic Unit）其功能实执
存储器
功能：用于保存程序和数据 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）
第二章 计算机的基本工作原理与 指令系统
2.3 内存的组成及读写原理
➢ 内存组成和基本结构 ➢ 内存的读写 ➢ 典型微机的内存接口 ➢ 内存堆栈与堆栈操作
2.4 指令系统
➢ 指令系统简介 ➢ 指令系统的发展
2.5 计算机的工作过程
➢ 指令的执行过程 ➢ 加速程序执行的方法
习题与思考题
1—15、18、21、25、26、33、34
发出控制信号指。令译志影码等响器，到大这多些器 组数标堆运志栈算位指类。针指控(S令制P)的标执志行，将如会： 累加器锁存器
（I中D)断标志（、IR陷)程阱序标计志数器等(。PC)
。
操作控制器
ALU
（OC)
暂存器
控制总线(CB)
控制器
运算器
标志寄存器(FR)
第9 页
2.2.1 中央处理器的基本构成
输入/输出(Input/Output)设备和外存合称“外围设备”。
外设=I/O+辅助存储器
第5 页
2.1.2 计算机的总线结构
总线是一组能为多个部件服务的公共信息传送线路，分 时地发送与接收各部件的信息。计算机的五大 部件之间就 是通过（Bus）连接实现信息交换的。
根据总线所传输的信息通常把总线分为地址总线、数据 总线和控制总线。简称三大总线。
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”）
6. 控制器：指令执行的顺序、控制各种部件的动作 7. 寄存器组（R）：暂存数据、命令
第8 页
2.2.1 中央处理器的基本构成
地址总线(AB)Hale Waihona Puke Baidu
数据总线(DB)
指令寄存器组用 于存放要执行的 指令。
寄存器累组加用器于是暂一存个特殊的通用寄存 数地据址、器缓命，存令他器总是提供送入暂AL存U的器两的个作用保从将数要据送缓入存器
三大总线=数据总线+地址总线+控制总线 ➢地址总线（AB）：单向，用于向内存、输入/输出设备 传输地址信息。 ➢数据总线（DB）：双方，传输各种数据信息。 ➢控制总线（CB）：传输控制信息
第6 页
2.1.2 计算机的总线结构
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。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。
待执行的指令。 ⑶ 指令译码器ID，又称操作码译码器或
指令功能分析解释器。 ⑷ 地址形成部件 ⑸ 微操作信号发生器
指令的执行都可分解成一系列微 操作控制信号。微操作信号发生器的 根据指令译码器的输出和时序部件提 供的定时信号，确定完成该指令所需 要的步骤以及完成每一步骤所需要的 控制信号组合。 ⑹ 时序部件，给出定时信号以确定产生 控制信号的具体时间。
运算操作数内AL之部U是一总运，线算且A器运LU的算运核后算心的的，操它作是数以器全。 结果又总是加返器回为累基加础器，。辅以移位寄存器
及相应的控制逻辑组合而成的
电路，在控制信号的作用下可
根据指令内容指，令（寄I标的态R存)志状标器寄态志存和，器特如寄 存主征：通要：进完辑用用包位寄成运于括标存加算存两志器、。放部、组减分结AL、内果U操乘容为作、：零结除状标果几累各加种器逻(ACC)
系统总线
接口
接口
CPU
内存
… 外部设备
外部设备
. 单总线结构
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2.2 中央处理器的基本组成与基本工作原理
1. 中央处理机CPU
2. 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。
第二章 计算机的基本工作原理与 指令系统
本章主要内容 2.1 计算机系统的硬件结构
➢ 计算机的五大主要部件 ➢ 计算机的总线结构
2.2 CPU的组成与基本工作原理
➢ CPU的组成与基本工作原理 ➢ 计算机中数据信息的表示 ➢ 算术运算与逻辑运算的实现 ➢ 控制信号的产生 ➢ 典型CPU的总体结构
第1 页
第4 页
2.1.1 计算机的主要部件
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=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
第2 页
2.1.1 计算机的主要部件
五大基本部件：
输入 输入设备
程序/原始数据
存储器 辅助存储器
主存储器
输出 输出设备
运算结果
运算器
指令数据线 控制信号线
控制器
第3 页
2.1.1 计算机的主要部件
运算器
功能：算术运算和逻辑运算 其主要部件：ALU（算术逻辑部件）
控制器
功能：使计算机能自动地执行程序，并使各部分协调工作
1．运算器
⑴ 累加器A：N位的寄存器，用于保存运算过程中的有关数据。 ⑵ 暂存器：N位寄存器，接收来自累加器和数据总线的数据。 ⑶ 加法器Σ：由N个全加器构成。 加法器的两个输入：累加器A、暂存器 加法器的输出：送入累加器A，也可以发送给数据总线DB。
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2.2.1 中央处理器的基本构成
2.控制器 ⑴ 程序计数器PC，又称指令计数器 ⑵ 指令寄存器IR，存放从内存中取出的
CB AB DB