计算机导论-第三章

• 运行一个加法的步骤:
⑴从存储器中取出一个要加的值放在一个寄存器中；
⑵从存储器中取出另一个要加的值放在另一个寄存器 中；
⑶激活加法电路,以步骤⑴和⑵所用的寄存器作为输 入,用另一个寄存器存放相加的结果； ⑷将结果存入存储器；
⑸停止。
• 其中， ⑴和⑵是加载指令， ⑷是存储指令。
•算术/逻辑类指令
• 奔腾II CPU ，就像一块卡插在主板上，上 面还带着一个风扇。另外一些传统的电脑 CPU是这个样子的，它们的CPU插座也不 相同。
• 显示卡，安装在专门的AGP显示卡插槽 中，显示器的信号线就接在它后面。 这个深褐色的插槽就是AGP插槽，它一 般在其他扩展槽的上方。
• PCI插槽，可以安装PCI接口的声卡、网卡 等。
EG ：如果是用补码进行存储的时候，加法的实现 过程是：每列数字直接进行相加就可以了； 如果用的是浮点记数法存储，则首先读取操 作数的尾数，根据指数段对它进行左移或右移， 检查符号位，实现加法，最后将结果翻译成浮点 记数法。
3.5与其他设备的通信
3.5.1控制器
• 控制器的作用：作为 计算机与其他设备通 信的中间设备。它是 通过电缆与计算机箱 里的外围设备相连接 的，或者是与计算机 背面的断口的连接器 相连接，其他设备可 以插到这些端口上。
• 算术移位：保留符号位不变的移位。 EG： 1 1 0 1 1 0 1 1 原始位模式 1 1 0 1 1 0 1 1移位后模式 1 0 1 1 0 1 1 0 丢弃“1 1” ，前面的符号位是原始位 模式的符号位“1”
3.4.3算术运算
• 每种算术运算都有很多的变体，主要是因为存储 数据的方式不同引起的。
• 声卡，安装在ISA插槽，在ISA插槽中可以 安装ISA接口的声卡、内置MODEM等 。
• 这是一个3寸软驱。
• CD－ROM驱动器，大家习惯上把它称作光 驱。
• 硬盘，硬盘是存储程序和数据的设备。
• 电源。
• 数据线，它把硬盘、软驱、光驱等部件连 到主板上，数据就通过它在主板和这些部 件之间进行传输。
• 带宽：一个特定设置可以获 得的最大速率，取决于通信 路径的种类以及实现过程中 使用的技术，这个最大速率 通常大致等于通信路径的带 宽。
3.6其他体系结构
• 流水线：目的就是通过在相同时间内增加 计算机吞吐量来改进计算机的性能(当一条 指令执行的时候，可以取出下一条指令， 也就是说在同一个时刻不止有一条指令在 流水线上)；
第三章 数据操作
本章内容
3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 计算机体系结构 机器语言 程序执行 算术/逻辑指令 与其他设备的通信 其他体系结构
3.1计算机体系结构
主板、CPU、内存、软驱、硬盘、 光驱、显示卡、声卡和电源等是 主机箱内的必备的部件。
这个大的电路板是主板，也 叫母板，它是整个电脑的组织核 心，它上面有CPU和内存。
• 计算寄存器中数值的除法运算。
• 其中， ⑶是条件转移指令。
3.2.2一种演示用的机器语言
• 一些概念： ⑴操作码(operation code,op-code)：指明该 指令要求的是什么基本运算，如STORE； ⑵操作数(operand) ：指定更详细的内容。以 STORE为例，其操作数字段中的信息指示 哪个寄存器包含被存储的数据，哪个存储单 元用于接收该数据。
• 多处理器：若干活动在同一时间里实现(也 就是并行处理技术)。
3.2.1指令系统
• 机器指令：使用机器语言表达的指令，也 叫机器级指令。 • 精简指令集计算机(reduced instruction set computer,RISC)：CPU只需要执行最 小的一组机器指令集。其特点是：效率高 且速度快。代表：英特尔的奔腾系列处理 器。
• 复杂指令集计算机(complex instruction set computer,CISC)：CPU因该能够执行 大量复杂的指令。其特点是：容易编程。 代表：苹果公司、IBM、和摩托罗拉联合开 发的PowerPC系列处理器。
程序由指令 组成，并和 数据一起存 放在存储器 中，机器一 经启动，就 能按照程序 指定的逻辑 顺序把指令 从存储器中 读出来逐条 执行，自动 完成指令规 定的操作。
3.2 机器语言
• 机器语言是用二进制代码表示的计算机能 直接识别和执行的一种机器指令的集合。 它是计算机的设计者通过计算机的硬件结 构赋予计算机的操作功能。 • 机器语言具有灵活、 相通的，按着一种计算机的机器指令编制 的程序，不能在另一种计算机上执行。
⑴概念：这个指令告诉控制单元请求在算术/ 逻辑单元内实现一个活动； ⑵几个术语： ①移位：移位后丢弃一端“移出的 位”(SHIFT)；
②循环移位：移位后将“移出的位”放到 另一端留出的空位上(ROTATE)。
• 运行一个加法的步骤:
⑴从存储器中取出一个要加的值放在一个寄存器 中； ⑵从存储器中取出另一个要加的值放在另一个寄 存器中；
EG：连接到计算机总线的控制器
3.5.2 数据传输的形式
• 存储映射输入/输出：每个控制器被设计为响应唯 一一组地址的引用。CPU接收的数据是来自控制 器，不是来自存储器。
• 直接内存存取：控制器与主存之间的数据传输。
• 握手：计算机和外围设备交换设备状态的信息， 协调它们之间的活动。
流行的通信媒介
• 在这个例题中，描述的计算机中整个机器语言只 包含12条基本指令。每条指令用16位编码，由四 个16进制的数字表示。前四位是操作码，后面的 十二位是操作数
• 指令的35A7译码
3.3程序执行
• 相关的概念：
⑴指令寄存器：用于存储正在执行的指令； ⑵程序计数器：包含下一个待执行指令的地 址，其作用就是可以跟踪程序执行到了什 么地方． ⑶机器周期：
3.4.2移位运算
• 循环移位：将右侧移出的位放在左侧的空 位上。 EG： 0 1 1 0 0 1 0 1 原始位模式 0 1 1 0 0 1 0 1向右移一位 1 0 1 1 0 0 1 0 把移出的“1”放在左侧的空位上
• 逻辑移位：丢弃移出边界的位，用0填充空 位。 EG：1 0 1 0 1 0 1 0 原始位模式 1 0 1 0 1 0 1 0 向右移两位 0 0 1 0 1 0 1 0 逻辑移位后的位模式，“1 0”被丢弃
⑶机器周期：
3.4算术/逻辑指令
3.4.1逻辑运算
• 主要是：两个二进制位串之间的逻辑运算。
• EG：
10011010 AND 1 1 0 0 1 0 0 1 10001000
10011010 OR 1 1 0 0 1 0 0 1 11011011 10011010 XOR 1 1 0 0 1 0 0 1 01010011
• 机器指令的分类：数据传输、算术/逻辑类、 控制类。
•数据传输类指令
⑴概念:包含请求在各个位置之间传输数据的指令. ⑵几个术语：
①加载：由存储单元的内容填充通用寄存器的请 求称为加载指令(LOAD)；
②存储：将寄存器中的内容传输给存储单元的请 求称为存储指令(STORE)； ⑶一个特殊的指令：I/O指令。
• 并行通信：若干位同时传输，特点： “快”； • 串行通信：一条信号线上一个信号一 个信号的传输，特点：“出错率小”。
通信速率
• 一个计算机部件和另一个计算机部件之间 传输数据位的速率是bit/s(bits per second) 计算的。常用的有：Mbit/s，Kbit/s， Gbit/s。 • EG：USB、FireWire:可以提供几百Mbit/s 的传输速率。
⑶激活加法电路,以步骤⑴和⑵所用的寄存器作 为输入,用另一个寄存器存放相加的结果；
⑷将结果存入存储器； ⑸停止。
• 其中， ⑶算术/逻辑类的指令。
•控制类指令
⑴概念：这个指令包含指导程序执行而非数 据操作的指令； ⑵几个术语： ①转移： (JUMP)； 无条件转移： (unconditional jump)； 条件转移：(conditional jump)； ②分支： (BRANCH)；