計(jì)算機(jī)組成原理第三講計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院舒燕君指令和數(shù)據(jù)存于主存單元的地址指令注釋操作碼地址碼00000010000001000取數(shù)x至ACC10001000000001001乘a得ax,存于ACC中20000110000001010加b得ax+b

,存于ACC中30001000000001000乘x得（ax+b)x,存于ACC中40000110000001011加c得ax2

+bx

+c

,存于ACC50000100000001100將ax2

+bx

+c

,存于主存單元60001010000001100打印7000110停機(jī)8x原始數(shù)據(jù)x9a原始數(shù)據(jù)a10b原始數(shù)據(jù)b11c原始數(shù)據(jù)c12存放結(jié)果1.2計(jì)算

ax2

+bx

+c

程序MDR設(shè)MAR

=4

位MDR

=8

位單元個(gè)數(shù)

16字長81.2反映器地址寄存器單元的個(gè)數(shù)反映器數(shù)據(jù)寄存器字長(1)器的基本組成MARMDR主

器體MARACCMQX加法被加數(shù)和加數(shù)減法被減數(shù)差減數(shù)乘法乘積乘數(shù)乘積低位被乘數(shù)除法被除數(shù)余數(shù)商除數(shù)(2)運(yùn)算器的基本組成及操作過程1.2運(yùn)算器MQACCALUX取指訪存執(zhí)行訪存PC

存放當(dāng)前欲執(zhí)行指令的地址，具有計(jì)數(shù)功能（PC）+

1

PCIR

存放當(dāng)前欲執(zhí)行的指令完成

取指令

PC一條

分析指令

IR指令執(zhí)行指令

CU1.2(3)控制器的基本組成CU

控制單元PCIRCU569(4)主機(jī)完成一條指令的過程以取數(shù)指令為例141.2CU控制單元主器2

7

3

8MAR

MDR體CPUPC控制器IR…運(yùn)算器MQACCALUXI/O設(shè)備ax2

+bx

+c

程序的運(yùn)行過程將程序通過輸入設(shè)備送至計(jì)算機(jī)打印結(jié)果停機(jī)…1.2MDR

IR ,(PC

)+

1

PC取指令

PC

MAR

M分析指令

OP(IR)

CU執(zhí)行指令

Ad(IR)

MAR程序首地址

PC啟動程序運(yùn)行M

MDR

ACC第１章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論第２章計(jì)算機(jī)的發(fā)展及應(yīng)用第３章系統(tǒng)總線第４章

器第５章輸入輸出系統(tǒng)第６章計(jì)算機(jī)的運(yùn)算方法第７章指令系統(tǒng)第８章CPU

的結(jié)構(gòu)和功能第９章控制單元的功能第10章控制單元的設(shè)計(jì)第２章計(jì)算機(jī)的發(fā)展及應(yīng)用計(jì)算機(jī)的發(fā)展史計(jì)算機(jī)的應(yīng)用計(jì)算機(jī)的展望2.1

計(jì)算機(jī)的發(fā)展史一、計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生和發(fā)展1946年ENIAC1955年退役十進(jìn)制運(yùn)算18000多個(gè)電子管1500多個(gè)繼電器150千瓦30噸1

500平方英尺5

000次加法／秒用手工搬動開關(guān)和拔插電纜來編程世界上第一臺電子計(jì)算機(jī)ENIAC(1946)2.1兩位杰出的計(jì)算機(jī)科學(xué)家圖靈（Turing）馮·諾依曼（John

Vonan）硬件技術(shù)對計(jì)算機(jī)更新?lián)Q代的影響代時(shí)間硬件技術(shù)速度/（次/秒）—1946－1957電子管40

000二1958－1964晶體管200

000三1965－1971中小規(guī)模集成電路四1972－大規(guī)模集成電路10

000

000五1978－現(xiàn)在超大規(guī)模集成電路100

000

0002.1第一臺vonann

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)2.1IBM

System／3602.1二、微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和發(fā)展微處理器4位（4004）位位位位器256位1K位4K位16K位64K位256K位1M位4M位16M位64M位年1970年2.1Moore

定律In

公司的締造者之一Gordon Moore

提出微

上集成的晶體管數(shù)目每三年翻兩番2.1n

公司的典型微處理器產(chǎn)品

2.180808位1974年808616位1979年2.9

萬個(gè)晶體管8028616位1982年13.4

萬個(gè)晶體管8038632位1985年27.5

萬個(gè)晶體管8048632位120.0

萬個(gè)晶體管Pentium64位（準(zhǔn)）1993年310.0萬個(gè)晶體管PentiumPro64位（準(zhǔn)）1995年550.0

萬個(gè)晶體管Pentium

Ⅱ64位（準(zhǔn)）1997年750.0

萬個(gè)晶體管Pentium

Ⅲ64位（準(zhǔn)）1999年950.0萬個(gè)晶體管Pentium

Ⅳ64位2000年4

200.0

萬個(gè)晶體管I2012

年上可集成10

億

個(gè)晶體管FORTRANPASCALC＋＋Java三、

技術(shù)的興起和發(fā)展1.

各種語言機(jī)器語言面向機(jī)器匯編語言面向機(jī)器高級語言面向問題科學(xué)計(jì)算和工程計(jì)算結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)面

象適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境2.12.

系統(tǒng)語言處理程序匯編程序編譯程序解釋程序操作系統(tǒng)DOS

UNIX

Windows裝配

調(diào)試

排錯(cuò)服務(wù)性程序數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)庫管理網(wǎng)絡(luò)2.13.發(fā)展的特點(diǎn)⑴開發(fā)周期長⑵制作成本昂貴⑶

檢測

產(chǎn)品質(zhì)量的特殊性是程序以及開發(fā)、使用和程序所需要的所有文檔2.12.2

計(jì)算機(jī)的應(yīng)用一、科學(xué)計(jì)算和數(shù)據(jù)處理二、工業(yè)控制和實(shí)時(shí)控制三、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)電子商務(wù)網(wǎng)絡(luò)教育敏捷制造四、虛擬現(xiàn)實(shí)五、辦公自動化和管理信息系統(tǒng)六、CAD/CAM/CIMS七、多

技術(shù)八、人工智能2.22.3

計(jì)算機(jī)的展望一、計(jì)算機(jī)具有類似人腦的一些超級智能功能要求計(jì)算機(jī)的速度達(dá)1015/秒二、

集成度的提高受以下

面的限制集成度受物理極限的制約按幾何級數(shù)遞增的制作成本的功耗、散

延遲三、？替代傳統(tǒng)的硅光計(jì)算機(jī)利用光子取代電子進(jìn)行運(yùn)算和DNA生物計(jì)算機(jī)通過控制DNA分子間的生化反應(yīng)量子計(jì)算機(jī)利用原子所具有的量子特性2.3第１章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論第２章計(jì)算機(jī)的發(fā)展及應(yīng)用第３章系統(tǒng)總線第４章

器第５章輸入輸出系統(tǒng)第６章計(jì)算機(jī)的運(yùn)算方法第７章指令系統(tǒng)第８章CPU

的結(jié)構(gòu)和功能第９章控制單元的功能第10章控制單元的設(shè)計(jì)第３章系統(tǒng)總線總線的基本概念總線的分類總線特性及性能指標(biāo)總線結(jié)構(gòu)總線控制3.1

總線的基本概念一、為什么要用總線二、

總線總線是連接各個(gè)部件的信息傳輸線，是各個(gè)部件共享的傳輸介質(zhì)三、總線上信息的傳送串行并行四、總線結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)舉例1.面向CPU

的雙總線結(jié)構(gòu)框圖處理器CPUI/O總線M總線3.1主存I/O接口I/O設(shè)備1I/O設(shè)備2……I/O接口I/O接口I/O設(shè)備n單總線（系統(tǒng)總線）2.

單總線結(jié)構(gòu)框圖CPU主存I/O接口I/O設(shè)備1I/O設(shè)備2I/O接口…I/O設(shè)備nI/O接口…3.13.以器為中心的雙總線結(jié)構(gòu)框圖系統(tǒng)總線主存CPUI/O接口I/O設(shè)備1…I/O設(shè)備nI/O接口…總線3.13.2

總線的分類1.片內(nèi)總線2.系統(tǒng)總線數(shù)據(jù)總線的總線地址總線控制總線計(jì)算機(jī)各部件之間的信息傳輸線雙向

與機(jī)器字長、

字長有關(guān)單向

與

地址、

I/O地址有關(guān)有出有入器讀、

器寫總線允許、中斷確認(rèn)中斷請求、總線請求3.23.通信總線用于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與其他系統(tǒng)（如控制儀表、移動通信等）之間的通信串行通信總線傳輸方式并行通信總線3.3

總線特性及性能指標(biāo)CPU插板主存插板I/O插板一、總線物理實(shí)現(xiàn)BUS主板1.機(jī)械特性2.電氣特性3.功能特性4.時(shí)間特性二、總線特性尺寸、形狀、管腳數(shù)及排列順序傳輸方向和有效的電平范圍每根傳輸線的功能信號的時(shí)序關(guān)系3.3地址數(shù)據(jù)控制三、總線的性能指標(biāo)總線寬度總線帶寬3.時(shí)鐘同步/異步同步、不同步總線復(fù)用信號線數(shù)總線控制方式其他指標(biāo)數(shù)據(jù)線的根數(shù)每秒傳輸?shù)淖畲笞止?jié)數(shù)（MBps）地址線與數(shù)據(jù)線復(fù)用地址線、數(shù)據(jù)線和控制線的總和負(fù)載能力突發(fā)、自動、仲裁、邏輯、計(jì)數(shù)3.3ISAEISAVESA(LV-BUS)PCIAGPRS-232USB模塊系統(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn)四、總線標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)模塊3.3標(biāo)準(zhǔn)界面總線標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)線總線時(shí)鐘帶寬ISA168MHz（獨(dú)立）16

MBpsEISA328MHz（獨(dú)立）33

MBpsVESA(VL-BUS)3233MHz（CPU）133

MBpsPCI326433

MHz（獨(dú)立）66

MHz（獨(dú)立）132

MBps528

MBpsAGP3266.7

MHz（獨(dú)立）133

MHz（獨(dú)立）266

MBps533

MBpsRS-232串行通信總線標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)終端設(shè)備（計(jì)算機(jī)）和數(shù)據(jù)通信設(shè)備（調(diào)制解調(diào)器）之間的標(biāo)準(zhǔn)接口USB串行接口總線標(biāo)準(zhǔn)普通無 雙絞線帶 雙絞線最高1.5

Mbps

(USB1.0)12

Mbps

(USB1.0)480

Mbps

(USB2.0)3.3四、總線標(biāo)準(zhǔn)3.4

總線結(jié)構(gòu)一、單總線結(jié)構(gòu)單總線（系統(tǒng)總線）CPU主存I/O接口I/O設(shè)備1I/O設(shè)備2I/O接口…I/O設(shè)備nI/O接口…具有特殊功能的處理器，由通道對I/O

管理通道I/O接口設(shè)備n……I/O接口設(shè)備0CPU主存1.雙總線結(jié)構(gòu)主存總線I/O總線二、多總線結(jié)構(gòu)3.42.

三總線結(jié)構(gòu)主存總線DMA總線I/O總線CPU主存設(shè)備1設(shè)備n高速外設(shè)I/O接口I/O接口I/O接口……3.43.

三總線結(jié)構(gòu)的又一形式3.4局域網(wǎng)系統(tǒng)總線CPUCache局部總線擴(kuò)展總線接口擴(kuò)展總線Modem串行接口SCSI局部I/O控制器主存4.

四總線結(jié)構(gòu)多Modem主存擴(kuò)展總線接口局域網(wǎng)SCSICPU串行接口FAX系統(tǒng)總線局部總線高速總線擴(kuò)展總線圖形Cache/橋3.41.

傳統(tǒng)微型機(jī)總線結(jié)構(gòu)三、總線結(jié)構(gòu)舉例