哈工大微機原理與接口技術2.計算機工作原理的通俗理解附件

1、2.2 指 令 系 統(tǒng),2.2.1 基本概念指令：驅使計算機執(zhí)行某種操作的命令指令系統(tǒng)：計算機所有指令的集合不同計算機的指令系統(tǒng)是不盡相同。指令系統(tǒng)決定了計算機的體系結構指令系統(tǒng)設計是計算機設計的核心工作,指 令 系 統(tǒng),2.2.1 基本概念指令系統(tǒng)應滿足的要求：指令系統(tǒng)是完備的指令系統(tǒng)的使用頻率要高指令編碼是合理的指令系統(tǒng)須采取系列設計,2.2.2 指令字長和指令格式機器字長：

2、計算機能直接處理的二進制數據的位數指令字長：指令中包含的二進制代碼的位數單字長指令：指令字長和機器字長相等雙字長指令：指令子長度是機器子長的兩倍多字長指令指令格式：由操作碼和操作數組成,操作碼：決定了操作的類型,操作數無操作數指令有操作數指令,操作碼,2. 3 中央處理器 C P U,2.3.1 中央處理器的組成運算器控制器寄存器組訪存地址寄存器MAR訪存數據寄存器MDR,C P U 的 寄 存 器,用戶

3、可見的寄存器,累 加 器 ( Accumulator, AC )程序計數器 ( Program Counter, PC )訪存地址寄存器 MAR訪存數據寄存器 MDR通用寄存器組 ( General-Purpose Registers)指令寄存器 ( Instruction Register, IR )標志寄存器 ( Flag Register,

4、 FR) …….,用戶不可見的寄存器,2.3.2 運 算 器,運算器的組成算術邏輯單元ALU( Arithmetic Logic Unit )若干暫存寄存器控制邏輯電路,A typical 32-bit ALU:,2.3.3 C P U 的 控 制 器,控制器( Control Unit, CU )的功能 通過對指令的分析（譯碼），按照一定的時序，發(fā)出控制信號，使CPU在控制信號的驅動下，

5、完成相應指令的功能。,2.3.3 C P U 的 控 制 器,CPU的所有工作都是在控制器的指揮下完成的。CPU的工作是由連續(xù)不斷的指令周期組成每個指令周期都分為如下三個階段：取指令 Fetch Instruction分析指令 Decode Instruction執(zhí)行指令 Execute Instruction,取指令,分析指令,執(zhí)行指令,PC,IR,CU,,取指,執(zhí)行,IR 存放當前欲執(zhí)行的指

6、令,發(fā)微操作控制信號,訪存,,完成一條指令,與控制器有關的組成部件,,指令,微操作控制信號,2.3.3 C P U 的 控 制 器,指令周期的基本概念CPU每取出并執(zhí)行一條指令所需的全部時間叫指令周期,指令周期的比較,無條件轉移指令 JMP X,加法指令,乘法指令,機器周期, 時鐘周期,機器周期： 完成一個基本的操作（如讀或寫一次主存儲器）所需要的時間。時鐘周期（節(jié)拍） 在一個機器周期

7、里可以完成若干個微操作，每個微操作都需要一定的時間，可以用時鐘信號來控制產生每一個微操作命令。這樣一個機器周期內就包含了若干個時鐘周期，又稱為節(jié)拍。,指令周期, 機器周期 和 時鐘周期 的關系,2.4 計算機的工作過程,計算機的工作就是執(zhí)行程序，程序是由機器指令按照一定的順序排列組成所以執(zhí)行程序就是反復地執(zhí)行指令執(zhí)行指令的過程就是周而復始地： 取指令、分析指令和執(zhí)行指令,2.4 計算機的工作過程,例：計算 5

8、+ 6 = ？ 運算步驟：取數 5 送累加器 AC 中累加器加上 6，結果存回累加器中累加器的值存入主存儲器的某個存儲單元中停機 STOP,2.4 計算機的工作過程,設某機器的指令字長為 16 位，其中操作碼和操作數各占 8 位，如下圖所示：,00001011,5 + 6 = 11,,,,,以從主存中取數指令為例,主機完成一條指令的過程,,,,,,,,以向主存單元存數指令為例,,,,主機完成一條指令的