计算机组成原理:存储器与指令系统
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更新于2024-07-11
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"以存数指令为例-计算机组成原理,主要介绍了计算机的组成结构和工作原理,包括CPU、存储器、指令系统等核心概念。"
计算机组成原理是计算机科学的基础,涉及计算机系统的各个组成部分及其相互作用。以存数指令为例,可以深入理解计算机执行指令的过程。在计算机系统中,一条指令的执行通常包括以下步骤:
1. **取指令**:CPU通过程序计数器(PC)获取当前要执行指令的地址,然后将该地址送到存储器地址寄存器(MAR)中,指示主存储器读取相应位置的指令。
2. **读指令**:主存储器根据MAR中的地址将指令读取到数据缓冲寄存器(MDR)。
3. **指令译码**:控制器单元(CU)对读取到的指令进行解码,识别出指令的操作码和操作数信息。
4. **执行指令**:运算器(包括算术逻辑单元ALU、累加器ACC、乘法器MQ等)根据指令要求执行相应的操作,如数据处理或控制流操作。
5. **数据传输**:如果指令涉及数据存取,运算结果可能需要存入存储器或者寄存器。此时,数据会通过数据总线传输,寄存器如存储器数据寄存器(MDR)用于临时存储数据,而存储器地址寄存器(MAR)则指示存储数据的位置。
6. **更新PC**:执行完指令后,PC通常会被自动增加,以便指向下一条待执行的指令地址,实现程序的顺序执行。
7. **控制信号生成**:CU根据指令的译码结果生成各种控制信号,协调整个计算机系统各部分的工作。
计算机组成原理教材通常会涵盖计算机系统概论、系统总线、存储器、输入输出系统、运算方法、指令系统、CPU结构和功能、控制单元设计等多个章节。例如:
- **计算机系统概论**:讲解计算机的软硬件概念,包括硬件(如CPU、内存、输入/输出设备)和软件(操作系统、应用程序)的定义和关系。
- **系统总线**:介绍计算机内部数据、地址和控制信号传输的通路,以及总线的分类和性能指标。
- **存储器**:讨论内存层次结构,包括高速缓存、主存和外部存储器的工作原理,以及访问速度、容量和成本之间的权衡。
- **输入输出系统**:讲述数据如何在CPU和外部设备之间传输,包括中断、DMA(直接存储器访问)等I/O方式。
- **计算机的运算方法**:讲解二进制运算、浮点运算、数据类型转换等基本计算原理。
- **指令系统**:介绍指令集架构,包括指令格式、指令分类和指令执行流程。
- **CPU的结构和功能**:详细解析CPU的组成部分,如运算器、控制器以及它们如何协同工作。
- **控制单元的功能和设计**:深入理解控制单元如何生成并协调执行指令所需的控制信号,以及微程序控制和硬布线控制的设计方法。
通过这些章节的学习,读者可以全面了解计算机系统的基本工作原理,为后续的计算机科学学习打下坚实基础。同时,配合配套课件,能够通过动态演示和互动学习,更直观地理解和掌握这些复杂的概念。
2015-03-22 上传
2024-05-16 上传
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