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1、1,第三章 数据处理,计算机学院 刘海龙,2,本章内容,3.1 机器指令算法中的基本操作 机器指令 指令系统3.2 中央处理器 CPU的基本构成 CPU的工作原理 机器指令的寻址方式3.3 逻辑运算和逻辑指令3.4 计算机的组成,3,3.1.1 算法中的基本操作,算法的基本操作包括了以下7种类型：数据传送算术运算逻辑运算移位转移输入/输出控制,为了控制机器指令的长度Cpu进行工作时，并不是直接从内存中获取操作数，而是引入一些临时存储单元寄存器。,4,3.1.1 算法中的基本操作（例）,用基本操作表示的处理两个二进制数相乘的算法如下:从内存单元X中取被乘数放于寄存器A从内存单元Y中取乘数放于寄存
2、器B把寄存器C置为0若寄存器B中最低位为0,转移到步骤6将寄存器C与A中值相加,和存于寄存器C中把寄存器A中的数值左移一位把寄存器B中的数值右移一位若寄存器B中的位数尚未移完,转移到步骤4把寄存器C中的乘积存于内存单元pro中,5,3.1.2 机器指令,指令定义：指令是计算机执行的一种基本操作命令，是人向计算机发出的工作命令，通知计算机执行并完成某一确定的要求指令由操作命令（操作码）和操作数地址（操作数）组成,操作码,操作数,数据传送指令数据处理指令程序控制指令输入输出指令 其它指令,If Goto,And Or,对计算机的硬件进行管理等,指令,表明做什么操作,表明操作的对象,6,3.1.2
3、机器指令（例）,设计一个“指令系统”机器指令的长度为固定的16bit有16种操作四个寄存器分成操作码、寄存器地址、内存地址三部分指令系统：32bit，64bit等。与机器的字长一致。,操作码,寄存器地址,内存地址,4bit,2bit,10bit,能够寻址多大的内存空间？,7,3.2 中央处理器（CPU）,存放程序和数据,8,3.2 中央处理器基本构成,程序计数器地址形成器指令寄存器通用寄存器变址寄存器加法器部件操作译码器控制器,保存每条机器指令的内存地址。程序初始时，将程序首地址放在这里,9,控制器,控制器是计算机的控制指挥中心，其主要功能是：识别翻译指令代码，安排操作次序向计算机各部件发出适
4、当的控制信号，以指挥计算机有条不紊的工作。由指令寄存器IR、程序计数器PC、操作码译码器、操作控制部件、时序电路组成。,10,加法器（运算器）,运算器是计算机的核心部件，其主要功能是：对二进制编码进行算术运算和逻辑运算参加运算的数（操作数）由控制器指示从存储器或寄存器内取到运算器运算器主要有算术逻辑运算单元（ALU）或称加法器、若干通用寄存器、专用寄存器和一些控制门组成,11,3.2 CPU-指令的操作过程,一条指令的操作可分为3个阶段：1）取指令,将指令记数器 PC的内容经总线发送到存储器的地 址寄存器MAR，并对存储器发出读控制命令。,将PC的内容加1，为取下条指令准备。,读出MAR中所指
5、地址的内容，送至数据缓冲寄存器MDR中，并发出信号通知控制器读操作功能已完成。,把寄放在MDR中的指令代码送指令寄存器IR中，操作译码器译码,分析指令,执行指令,MAR用于在访存时缓存存储单元的地址；MDR用于在访存时缓存对存储单元读/写的数据；,MAR,MDR,12,计算机基本工作原理,Y=ax2+bx+c的指令序列如下：地址000 IN 014 Keyboard a001 IN 015 Keyboard b002 IN 016 Keyboard c003 IN 017 Keyboard x004 LOAD A 014005 LOAD B 017006 MUL A B007 LOAD B 0
6、15 008 ADD A B009 LOAD B 017010 MUL A B011 LOAD B 016 008 ADD A B009 Out A CRT(显示器输出),从键盘输入a、b、c、x的值，并保存在存储单元中，地址分别为014、015、016、017,x,A,B,A,A,A,a*x*x+b*x+c,B,b,x,B,B,B,c,a*x*x+b*x,a*x+b,a*x,a,13,3.2 CPU-机器指令的寻址方式,直接寻址方式(X=001)间接寻址方式(X=010)相对寻址方式(X=011)变址寻址方式(X=100)立即寻址方式(X=101),寻址方式符号用X表示,形式地址用符号d表示
7、,操作数的有效地址用符号EA表示,EA=d,EA=(d),EA=PC(程序计数器)+d,EA=IX(变址寄存器)+d,D的数值即为操作数,形式地址所指的地址单元的内容为有效地址EA，即d为地址的地址,14,3.3 逻辑运算和逻辑指令,就是进行“与”“或”“非”这样的逻辑运算。将原来的1位运算扩展为多位。如：,15,3.4 计算机硬件的基本结构,计算机硬件包括主机和外设,16,计算机系统的硬件组成,总线：是连接计算机各部分的一簇公共信号线，是提供数据、地址和控制信息的传输通道，是联系微处理器内部各部件的纽带。,分为地址总线，数据总线和控制总线,CPU内部数据传送的通道称为片内总线,17,系统总线（System Bus）,计算机的主要部件利用一条公共通路来相互通信，这条公共通路称为系统总线。,系统总线能同时传送的二进制位数，称为宽度。目前，常用的 PCI（Peripheral Component Interconnect）总线的宽度是 64 bits。计算机中可以有多条总线，来提高数据传输速度。,18,总线分类,地址总线:传输地址信息数据总线:传输数据信息控制总线:传输控制信息,内部总线：连接CPU的各个组成部件（芯片内部）系统总线：连接计算机中各大部件外部总线：连接计算机和外部设备,连接对象,传输对象,并行总线:通信速度快、实时性好串行总线:简易、方便、灵活,通信方式,
