计算机组成原理

4、程序控制类：程序转移指令、转子程序与返回指令、软中断指令
第三章 CPU原理
内容简介：介绍CPU基本运算部件结构及加、减、乘、除在机器中的运 算方法；以模型机为例说明CPU的基本结构组成及指令执行的过程；最 后对微程序控制方式作一般性原理的介绍
重点：补码定点加减运算、移位操作，无符号整数一位乘法及除法运算 方法；模型机的组成及指令的执行过程
重点：8086/8088指令系统的寻址方式
4.1 8086/8088CPU
一、8086/8088CPU的结构：CPU内部总线16位，20条地址线，直接寻 址能力达1MB（220），8086为16位微处理器，8088为准16位。 1、内部结构：模型机指令之间的衔接采用顺序处理方式，而 8086/8088中取指令与执行指令则分别由两个独立部件实现，从而提高 了指令的执行速度， 执行部件EU(Execution Unit):完成指令的执行，从BIU的指令队列中取 得指令。组成及功能见P115 总线接口部件BIU(Bus Interface Unit):实现EU的所有总线操作，负责 CPU与存储器或外设间的信息交换 。组成及功能见P115 2、8086/8088主存地址的形成： A.8086/8088直接寻址能力达1MB（220）， CPU的寻址能力为 216=64KB，
工作周期划分：取指周期FT、源周期ST、目的周期DT、执行周期 ET、中断响应周期IT、DMA传送周期DMAT（DMA控制器控制系统总 线，实现主存与外围设备间的数据直接传送）
一指令结束-》判别与响应DMA请求-》判别与响应中断请求
三、指令流程： 1、取指周期FT： (1)进入FT的条件：有4种进入方式，使取指周期状态触发器FT为1 (2)取指流程： PC-》MAR FT0 M-》MDR-》IR FT1 PC+1-》PC
2、运算速度快
3、运算精度高 4、具有很强的信息存储能力
5、通用性强，应用领域极其广泛
二、计算机的性能指标： 1、基本字长 ：参与一次运算的数的位数 2、数据通路宽度 ：数据总线一次能并行传送的位数 CPU内部数据通路宽度=基本字长，外部则取决系统总线 3、运算速度：一般用CPU 主频作为速度指标 4、主存储器容量 6、配置的外围设备及其性能 5、外存容量 7、系统软件配置
2、浮点表示法：小数点位置据需要浮动
2.2 字符表示
一、ASCII码：美国信息交换标准码 二、汉字编码：输入码、交换码（国标码）、内码
2.3 指令信息的表示
一、指令格式： 1、基本格式：操作码OP 地址码A
操作码：表明指令所要完成的操作，区别不同指令的主要依据
地址码：操作数或操作数地址、存放运算结果的地址、后继指令地址 2、地址结构：
1.3 计算机的工作过程
指令执行过程：如：ADD AX ，1000H 1、取指与指令分析 ：据PC将指令读入指令寄存器IR中，由指令译码 器分析指令功能 2、读取操作数： 3、运算：运算器完成 4、后继指令地址：PC内容自动修改，指向下条指令
1.4 数字计算机的特点与性能指标
一、特点：
1、能在程序控制下自动连续地工作
(3)采用变形补码：将符号位扩大为两位，符号位不一致为溢出 P67
二、移位： 逻辑移位、循环移位、算术移位（带符号数） 三、浮点加减运算：两个数须阶码对齐后才能进行运算
四、十进制加减运算：用BCD码进行运算，结果若大于9则加6校正
五、定点数乘除运算： 1、无符号整数一位乘法：将N位乘转换为N次累加与移位，即每一步只 求一位乘数所对应的新部分积，并与原部分积作一次累加，然后右移一位 2、无符号整数一位除法：不恢复余数法
二、信息的数字化表示：
用数字代码表示各种信息，用数字信号表示数字代码 1、在计算机中的各种信息用数字代码表示 如：数值、中西文字符、图像、机器指令 2、用数字型电信号表示数字代码：两种状态 优点(1)抗干扰能力强，可靠性高 (2) 表示数值范围广及精度高 (3)数字化的信息可存储，传送也较容易 (4)表示的信息类型与范围广 (5)能数字技术进行信息处理，形成了计算机硬件设计的基础
1、同步控制方式：各项操作由统一的时序信号进行同步控制
2、同步控制方式的多级时序系统： A、指令周期：从取指令、分析指令到执行该指令所需的时间
B、机器周期：指令周期中每个阶段所需的时间
C、时钟周期（节拍）：一个机器周期分为若干相等的时间段，每个时 间段内完成一步基本操作
注意：不同的机器周期包含的节拍可能不同
在指令代码中给出地址的方式：显地址，隐地址（简指令地址结构）
分类：三地址、二地址、一地址、零地址指令 P41 二、寻址方式：寻找指令中操作数或操作数所在地址的方法 操作数存放的位置：P44
寻址方式类别：立即寻址、直接寻址、间接寻址、变址寻址 P44 1、立即寻址：指令直接给出操作数（立即数） 2、直接寻址：指令直接给出操作数地址 3、寄存器寻址：指令中给出寄存器号，寄存器内存放操作数 4、间接寻址：指令中给出存放操作数地址的主存单元的地址 5、寄存器间址及其变型：指令中给出存放操作数地址的寄存器号 6、变址寻址：操作数有效地址=形式地址+变址寄存器中的变址量
2、MOV指令：FT取指，ST取源操作数，DT取目的地址，ET执行
3、双操作数指令：FT、ST同MOV，DT取目的操作数，ET执行
4、单操作数指令：无ST，取指后直接进入DT，其余同双操作数 5、转移指令JMP/返回指令RST：FT后直接进入ET
6、转子指令JSR：
3.6 微程序控制器
一、微程序控制概念：采用微程序控制方式产生微命令，相应的控制 器称为微程序控制器 1、微程序控制方式的基本思想： 2、微程序执行过程的描述： 3、基本概念和术语：微命令、微操作、微指令、微周期、微程序、 工作程序与微程序、主存储器与控制存储器
1.2 计算机系统的硬、软组成
一、硬件系统：
CPU：PC程序计数器，存放当前指令所在存储单元的地址
主存：CPU以字节为单位将内存直接编址。按地址存放或读取内容 外存：用户按文件名调用，CPU找到位置，以数据块为单位进行读写 二、软件系统： 1、系统软件：操作系统、编译解释程序（P10）、软件平台 2、应用软件
计算机组成原理与汇编语言程序设计 目录：
第一章 绪论
第二章 计算机中的信息表示
第三章 CPU原理 第四章 典型CPU及指令系统举例 第五章 汇编语言程序设计 第六章 存储系统
第七章 主机与外部设备的信息交换
第八章 输入/输出设备 第九章 计算机硬件系统示例
第一章 绪论
内容简介：作为全书的绪论，对计算机的组成、工作原理、应用方式作 初步的概述。
1.5 计算机的发展与应用
电子管晶体管中、小规模集成电路大、超大规模集成电路
第二章 计算机中的信息表示
内容简介：数值型数据的进位制，带符号数的表示（原码、补码），小 数点的表示（定点、浮点）；字符表示方法；指令信息的表示（指令格 式、寻址格式、功能分类）
重点：数值型数据表示方法和常见寻址方式
7、基址寻址：操作数有效地址=形式地址+基址寄存器中的基准量
8、相对寻址：实现程序转移 9、堆栈寻址：堆栈“后进先出”，地址放在SP寄存器中
三、指令类型：
1、数据传送类：按字节或字传送，也可实现一个数据块的传送 2、输入/输出（I/O）类：主机和外围设备之间的信息传送
3、算术、逻辑运算类：算术运算指令、逻辑运算指令、移位指令
3.3 CPU模型的组成及其数据通路
CPU的组成：控制器、运算部件、各种寄存器、CPU内部数据通路 一、基本组成：
1、寄存器：为16位，分为两类：存放控制信息（IR，PC，PS，SP， MAR，MDR）、存放所处理数据（通用寄存器，暂存器）； 2、运算部件：ALU 3、总线与数据通路结构:ALU总线（CPU内部），系统总线
第三章小结： 在运算方法部分，要求掌握补码定点加减运算和移位
操作，掌握无符号整数一位乘法和除法运算；CPU模型机各类指令的 分步执行流程，能熟练拟出
内容简介：本章介绍8086/8088CPU的内部结构、主存储器组织以及堆 栈结构，指令系统的寻址方式和指令功能。
机器数：0表示正数，1表示负数，为二进制数。其编码方法分为原码、 补码、反码 1、原码表示法：最高位为符号位，0为正数，1为负数；有效数值部分 用二进制绝对值表示
如：X=+0.1011,则Ｘ原＝0.1011 ;X=-0.1011,则Ｘ原＝ 1.1011
X=1011 ,则Ｘ原＝01011; X=-1011,则Ｘ原＝ 11011
3.4 时序控制方式
一、指令的执行过程：
1、指令的执行经过3个阶段：读取指令、分析指令、执行指令 执行指令：取操作数（从主存）、执行操作（运算）、形成下条指令地址
2、指令之间的衔接方式：串行的顺序安排方式与并行的重叠处理方式
二、时序控制方式： 指令的执行过程是依次执行一个确定的控制信号序 列的过程，通过时序信号进行定时控制
注意：在计算机中，凡带符号数一律用补码表示，运算结果也为补码 4、真值、原码与 补码的相互转换
练习：写出65,-33的原码、反码、补码；补码为83H，24H的真值
三、数的定点表示与浮点表示： 据小数点位置是否固定，数的格式可分为定点表示与浮点表示
1、定点表示法：小数点位置固定不变
无符号数、带符号整数、带符号小数表示范围及溢出的概念 P34
4、控制器及微命令的基本形式：脉冲信号、电位信号
二、数据传送：
1、寄存器之间的数据传送：通过ALU总线传送，由输入门和打入脉冲 控制
2、主存数据传送到CPU：通过系统总线传送，地址入MAR，数据读入 MDR 3、CPU数据传送到主存：数据入MDR，地址入MAR，数据写入主存 4、执行算术或逻辑操作：相加的两数须在ALU的两输入端同时有效`
D、时钟脉冲：时序系统的基本定时信号，由时钟发生器产生