計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概述.ppt
《計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概述.ppt》由會(huì)員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概述.ppt(21頁(yè)珍藏版)》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1.2功能模塊級(jí)的計(jì)算機(jī)組成,1.2.1計(jì)算機(jī)的Neumann體系結(jié)構(gòu)1.2.2計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的功能部件1.2.3計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程,計(jì)算機(jī)的主要工作是擴(kuò)展和延伸人腦的功能。所以計(jì)算機(jī)又稱為電腦。開關(guān)電路奠定了電子計(jì)算機(jī)的物理基礎(chǔ)。基于這些電子器件,就可以用大規(guī)模集成電路技術(shù)制造計(jì)算機(jī)的有關(guān)構(gòu)件。構(gòu)建一個(gè)系統(tǒng)基本方法有兩種:結(jié)構(gòu)模擬法如人腦主要由神經(jīng)細(xì)胞,從制造神經(jīng)細(xì)胞開始構(gòu)建計(jì)算機(jī),就是結(jié)構(gòu)模擬法;功能模擬法分析人腦的基本功能,分別制造能完成這些功能的模塊,來(lái)模擬人腦的工作?,F(xiàn)代計(jì)算機(jī)基本采用的是功能模擬法。這一節(jié)介紹如何劃分計(jì)算機(jī)的功能模塊以及這些功能模塊如何一起工作。,1.2.1計(jì)算機(jī)的Neumann體系結(jié)構(gòu),先從算盤這一古老的運(yùn)算工具說(shuō)起。假設(shè)給了一個(gè)算盤,一張帶橫格的紙和一支筆?,F(xiàn)在已知A、X、B和C的值,要求利用以上器件計(jì)算Y=AX+B-C那么,應(yīng)該怎樣進(jìn)行計(jì)算呢?,首先,將橫格編上序號(hào)。,其次,把四個(gè)已知數(shù)A、B、C和X寫到橫格紙上。,接著,把解題步驟寫到橫格紙上。,緊接著,按照寫到橫格紙上的解題步驟,在算盤上進(jìn)行運(yùn)算,得到最終結(jié)果,把最終結(jié)果寫到紙上給人看。,那么,在完成Y=AX+B-C的計(jì)算過(guò)程中,我們用到了什么東西?,首先,用到了帶有橫格且編有序號(hào)的紙,我們把原始數(shù)據(jù)和解題步驟記錄在紙上,即紙“存儲(chǔ)”了算題的原始信息。,其次,我們用到了算盤。它用來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加、減、乘、除等算術(shù)運(yùn)算。,再次,用到了筆,利用筆把原始數(shù)據(jù)和解題步驟記錄在紙上,還可以把計(jì)算結(jié)果告訴人。,最后,用到了人本身。這主要包括人腦和手。正是在人的控制下,按照解題步驟一步一步進(jìn)行計(jì)算,直到完成全部運(yùn)算。,電子數(shù)字計(jì)算機(jī)進(jìn)行解題的過(guò)程也完全和我們用算盤解題的情況相似。也必須有運(yùn)算工具、解題步驟和原始數(shù)據(jù)的輸入和存儲(chǔ)、運(yùn)算結(jié)果的數(shù)據(jù)以及整個(gè)計(jì)算過(guò)程的調(diào)度控制。和打算盤不同的是以上部分都是由電子線路和其他設(shè)備自動(dòng)進(jìn)行的。在電子計(jì)算機(jī)中,,算盤運(yùn)算器,紙(具有記憶存儲(chǔ)功能)存儲(chǔ)器,人腦(自動(dòng)控制整個(gè)計(jì)算過(guò)程)控制器,筆(把原始數(shù)據(jù)和解題步驟送到計(jì)算機(jī)或把運(yùn)算結(jié)果顯示出來(lái))輸入設(shè)備/輸出設(shè)備,在此基礎(chǔ)上,美國(guó)科學(xué)家VonNeumann提出了計(jì)算機(jī)的基本設(shè)計(jì)思想,其中心意思是:將程序和原始數(shù)據(jù)事先存放在主存儲(chǔ)器中。其主要內(nèi)容是:(1)采用二進(jìn)制來(lái)表示數(shù)據(jù)和指令(2)將編寫好的程序和原始數(shù)據(jù)送入主存儲(chǔ)器中,然后啟動(dòng)計(jì)算機(jī)開始工作(3)計(jì)算機(jī)應(yīng)該包括運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入/輸出設(shè)備五大部件,并且各自都有自己的功能據(jù)此,就形成了計(jì)算機(jī)的基本組成框圖(如圖1.15),1.運(yùn)算器:一個(gè)對(duì)二進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理的執(zhí)行部件,它可以完成算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。算術(shù)運(yùn)算加、減、乘、除邏輯運(yùn)算比較、移位、邏輯加、邏輯乘等通常,運(yùn)算器由運(yùn)算邏輯部件ALU、寄存器組及控制數(shù)據(jù)傳送電路組成。其示意圖(如圖1.12)其中,ALU是具體完成算術(shù)與邏輯運(yùn)算的部件;寄存器用于存放運(yùn)算操作數(shù)據(jù);累加器除了存放運(yùn)算操作數(shù)據(jù)以外,在連續(xù)運(yùn)算中,還用于存放中間結(jié)果和最后結(jié)果。寄存器和累加器的數(shù)據(jù)均從存儲(chǔ)器取得,累加器的最后結(jié)果也存入到存儲(chǔ)器中。,1.2.2計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的功能部件,2.控制器:全機(jī)的指揮中心,它是統(tǒng)一指揮和控制計(jì)算機(jī)各部件進(jìn)行工作的中央機(jī)構(gòu),控制和協(xié)調(diào)其他部件的工作。其工作的實(shí)質(zhì)是解釋程序。它每次從存儲(chǔ)器讀取一條指令,經(jīng)過(guò)分析譯碼,產(chǎn)生一串操作命令。這些操作命令發(fā)向各個(gè)部件,控制各個(gè)部件的動(dòng)作,使整個(gè)機(jī)器連續(xù)地、有條不紊地進(jìn)行工作??刂菩畔⒌陌l(fā)源地是控制器。其產(chǎn)生控制信息的依據(jù)來(lái)自以下三個(gè)方面(如圖1.11):一是指令,它存放在指令寄存器中,是計(jì)算機(jī)操作的主要依據(jù);二是各部件的狀態(tài)觸發(fā)器,其中存放反映機(jī)器運(yùn)行狀態(tài)的有關(guān)信息;三是時(shí)序電路,它能產(chǎn)生各種時(shí)序信號(hào),使控制器的操作命令被有序地發(fā)送出去,以保證整個(gè)機(jī)器協(xié)調(diào)工作。,控制器的基本任務(wù)就是按照計(jì)算程序所排的指令序列,先從存儲(chǔ)器中取出一條指令放在控制器中,對(duì)指令的操作碼由譯碼器進(jìn)行分析判別;然后,根據(jù)指令性質(zhì),執(zhí)行這條指令,進(jìn)行相應(yīng)的操作;接著,從存儲(chǔ)器中再取出下一條指令,再執(zhí)行這條指令;依次進(jìn)行下去,直到計(jì)算程序執(zhí)行完畢為止。3.存儲(chǔ)器:用來(lái)存放程序和數(shù)據(jù)的部件,具有“記憶”功能。主要由地址寄存器、數(shù)據(jù)寄存器、存儲(chǔ)體以及讀寫控制電路組成。其示意圖如圖1.14。存儲(chǔ)器的兩個(gè)基本操作是讀出和寫入。不管進(jìn)行那種操作,都應(yīng)知道存儲(chǔ)單元的地址(為了區(qū)分存儲(chǔ)體中的多個(gè)存儲(chǔ)單元,為每個(gè)存儲(chǔ)單元進(jìn)行編號(hào),此編號(hào)就是存儲(chǔ)單元的地址(相當(dāng)于前面所說(shuō)的“紙”的編號(hào))。,訪問(wèn)存儲(chǔ)器時(shí),先由地址譯碼器將送來(lái)的單元地址進(jìn)行譯碼,找到相應(yīng)的存儲(chǔ)單元;再由讀寫控制電路,確定訪問(wèn)存儲(chǔ)器的方式,即取出(讀)或存入(寫);然后,按照規(guī)定的方式具體完成取出或存入的操作。存儲(chǔ)器所有存儲(chǔ)單元的總數(shù)成為存儲(chǔ)器的容量。用K、M、G、T表示。1T=210G=220M=230K=240B4.輸入設(shè)備:變換輸入形式的部件。它將人們熟悉的信息形式變換成計(jì)算機(jī)能接收并識(shí)別的二進(jìn)制數(shù)據(jù)的信息形式,并將這些信息存入計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器中。常用的輸入設(shè)備有鍵盤、鼠標(biāo)器、圖像掃描儀等。輸入設(shè)備與主機(jī)間通過(guò)接口連接。接口的功能:數(shù)據(jù)緩沖;信息格式轉(zhuǎn)換;主機(jī)與輸入設(shè)備間互傳狀況的橋梁。,5.輸出設(shè)備:變換輸出信息形式的部件。它將計(jì)算機(jī)運(yùn)算結(jié)果的二進(jìn)制信息轉(zhuǎn)換成人或其它設(shè)備能接收和識(shí)別的形式。輸出設(shè)備也通過(guò)接口與主機(jī)相連。常見的輸出設(shè)備有顯示器、打印機(jī)、繪圖儀等。通常,將運(yùn)算器和控制器統(tǒng)稱為中央處理單元CPU。而CPU連同主存儲(chǔ)器一起成為主機(jī)。而輸入/輸出設(shè)備通稱為外部設(shè)備。,經(jīng)過(guò)以上的分析,我們可以清晰地知了計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程:先把編制好的程序和原始數(shù)據(jù)通過(guò)輸入設(shè)備送入存儲(chǔ)器保存;然后在計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí),控制器從存儲(chǔ)器中逐條取出指令,并將其進(jìn)行分析解釋成控制命令,去控制各部件的動(dòng)作,使數(shù)據(jù)在運(yùn)算器中進(jìn)行加工處理。處理后的結(jié)果通過(guò)輸出設(shè)備輸出。,1.2.3計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程,1.程序程序就是為特定問(wèn)題求解而設(shè)計(jì)的指令序列。程序中的每條指令規(guī)定機(jī)器完成一組基本操作。如果把電子計(jì)算機(jī)完成一次任務(wù)的過(guò)程比作樂(lè)隊(duì)的一次演奏,那么控制器就好比是指揮,計(jì)算機(jī)的其他功能部件好比是各個(gè)樂(lè)器與演員,而程序就好比是樂(lè)譜。因此,與其說(shuō)是指揮在指揮樂(lè)隊(duì),不如說(shuō)是樂(lè)譜在指揮樂(lè)隊(duì),或者說(shuō)是指揮按照樂(lè)譜的規(guī)定指揮樂(lè)隊(duì)。計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程就是執(zhí)行程序的過(guò)程,或者控制器是根據(jù)程序的規(guī)定對(duì)計(jì)算機(jī)實(shí)施控制的。2.指令程序是由指令組成的。指令是機(jī)器所能領(lǐng)會(huì)的一組編排成特定格式的代碼串,它要求機(jī)器在一個(gè)規(guī)定的時(shí)間段(指令周期)內(nèi),完成一組特定的操作。通常一條指令應(yīng)包括如下基本內(nèi)容:,(a)指出計(jì)算機(jī)所應(yīng)完成的一組操作內(nèi)容,如傳送(MOV)、加(ADD)、減(SUB)等。這部分稱為指令的操作碼部分。(b)兩個(gè)操作數(shù)的地址和存放結(jié)果的地址及其尋找方式。由于運(yùn)算器中設(shè)置了寄存器組,用以暫存一次運(yùn)算的結(jié)果,并為下一次操作提供一個(gè)操作數(shù),這時(shí)便可省去兩個(gè)地址,形成單操作數(shù)地址指令。(c)為了保證程序執(zhí)行的連續(xù)性,在執(zhí)行一條指令的時(shí)候,還須指出下一條指令的地址。但是由于指令在存儲(chǔ)器的程序區(qū)中一般是順序存放的,所以只須設(shè)一個(gè)指令指針,每執(zhí)行一條指令,指令指針自動(dòng)加1,便可自動(dòng)指出下一條指令地址,而不必在指令中專門指出下一條指令的地址。只有轉(zhuǎn)移指令中才指出下一條指令的地址。這時(shí)指令指針的內(nèi)容將由轉(zhuǎn)移指令所指示的內(nèi)容去改變。因此,指令的基本格式可以歸結(jié)為操作碼OP和操作數(shù)地址AD兩部分。,3.指令的執(zhí)行(如圖1.21)通常計(jì)算機(jī)執(zhí)行一條指令的步驟如下:把指令指針I(yè)P中的指令地址送存儲(chǔ)器,按地址取出指令送指令寄存器IR;根據(jù)IR中的地址碼,由地址計(jì)算部件形成操作數(shù)地址送存儲(chǔ)器,取出數(shù)據(jù),送到運(yùn)算器中的寄存器(寄存器組);將IR中的操作碼OP送指令譯碼器進(jìn)行譯碼;計(jì)算機(jī)有關(guān)部件在控制器發(fā)出的操作控制信號(hào)的控制下,執(zhí)行操作碼OP所規(guī)定的操作;指令指針I(yè)P加1,形成下一條指令地址。如遇轉(zhuǎn)移指令,則按轉(zhuǎn)移指令對(duì)狀態(tài)標(biāo)志寄存器測(cè)試的結(jié)果,決定是否將轉(zhuǎn)移指令中指出的指令地址送指令指針I(yè)P。,圖1.14存儲(chǔ)器組成框圖,返回,返回,狀態(tài)標(biāo)志寄存器,其他寄存器,累加器,運(yùn)算部件,圖1.12運(yùn)算部件工作示意圖,返回,B,A,返回,圖1.21控制器工作原理圖,返回,- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問(wèn)題本站不予受理。
- 2.下載的文檔,不會(huì)出現(xiàn)我們的網(wǎng)址水印。
- 3、該文檔所得收入(下載+內(nèi)容+預(yù)覽)歸上傳者、原創(chuàng)作者;如果您是本文檔原作者,請(qǐng)點(diǎn)此認(rèn)領(lǐng)!既往收益都?xì)w您。
下載文檔到電腦,查找使用更方便
9.9 積分
下載 |
- 配套講稿:
如PPT文件的首頁(yè)顯示word圖標(biāo),表示該P(yáng)PT已包含配套word講稿。雙擊word圖標(biāo)可打開word文檔。
- 特殊限制:
部分文檔作品中含有的國(guó)旗、國(guó)徽等圖片,僅作為作品整體效果示例展示,禁止商用。設(shè)計(jì)者僅對(duì)作品中獨(dú)創(chuàng)性部分享有著作權(quán)。
- 關(guān) 鍵 詞:
- 計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 結(jié)構(gòu) 概述
鏈接地址:http://www.szxfmmzy.com/p-3592770.html