计算机硬件(第2章原理)

第二章 计机的工算作理与指原系统令本章主 内要容

算 计 机硬 件 技术 基 础

2.1 计机算系的统件结硬构计算的五机大主要件部、线结构。总

2.2 PC的U成与组工原理作CPU组成的工、原理，作据数示表、码编和运算， CUP制控，86结x构。.2 3存的内组成读及写原理内存成组和基结构本读，写式方内，与CP存的接口， 堆U栈作操。.2 指4令统指系系令的概念，寻统址，8x指6令统系介。简

.5 计2机的算工作过程CU的P基本作过程工1第页

21. 算计系机统的硬件结构21.1 .算机计的要部件主计算机大五基本部：

件计 算机 硬 件 技 术基础

⑴ 运器算执行部全算的术和辑 运算逻。PCU= 运 算器控+制器+存器寄 eCntra lrocePssni gUnit PUM =一块 CI的CPU iMcorProce ssni gnitU存储 外存储器

器控⑵器制计算的控机制心，中控 制和步其他同个部件。各入输备设⑶存器计储机算的主记要忆件，部 字节以为单位的线性、 编的址进制二记部忆。件内存器储

出输 设

备 设外

输⑷入、输设出备通过接电口连接到总 路线的计机算部设外备。运算器C PU

控制

控制器数 地址据指令或第2页

主

机.12. 2算计机的总线结构线总(BUS:能)多个为件服务的部公共信传息送线，分时地 发送路接与收部各的信件。息 总线信息：址地息(地址总信线)、数信据息数(总据线和)制控 信(控息制线总) 地址线(总B)A单向，用于：向内存、部端外传口地址输息信。 数据 总线DB(:双),向传各种数输据信息。 控制 总线CB)(传输：制信息控。括读包写中断、。等

计 算 机硬 技 件 基 术础系统总线 接 口CP U内 存外设备

…部.

接 口部设外备3第

页总单结线构

21.2.计 机的总算线结构连接到总线的上设主备要有

计 算：机 硬 件技 术 基 础

C PU —一般—情况下总线由PC控制U

部内存器储— 是—完被全的总动线设备 接口路电 ——有外所部备设必须过接口通电连接到计算 路机，不同接的口路可能电有拥不同端口的址地、中断。等

总线的点特 — 公—共、性速性高标、准性单。总和多总线线 总多线—计算机系统中同时—存在多条总线。前目微算机 中机是采都用总线多构结。 解 决不的同部速件不度致一的题问 。 存储器设为专用的数计通道据 。 兼符合容不的同线总准标设的备第4 。页

22.CP 的组U与成作原工理计 算机 件 硬技术 基 础

PU主C要包运括算和器控器制 .运算器1LUAA:rthietmc iadnl gicaolUnit

数总线据⑴ 累器A:加N的位存器寄 用，保于存运算程过的中有 数据。 关 缓⑵存R器暂(寄存时器):N位 存寄器接收，来累 自器加数和总线据的据。数 ⑶加法器

Σ 由：个N加器全 构成。

累加器

加法器A暂存器 R

存暂

器第5 页

22.. 1中处理央器基本构的成.控2制 器⑴ 程计序器数PC,又称令指计数 器指、指针令(P)I ⑵指 令寄存I器 ⑶ 指R译令器码I,D又称操作 译码器、指令功码能析 解释器分 ⑷。地 形成址件部⑸ 微操信号发生作器确定，完 成指令需要的步骤所 完成及一步骤所每要的需控 信制号组。 ⑹合时序 件，产部定生时信号BCAB D B计算 机 件硬技 术 础

基序程计器数P C地址成形部 At

件IRO

A

指P令译码 器 微操 信作号 发生器 时序部

件

微命令

6第页

.2.21中 处理器的基本构央成 —CPU—中的存寄器组 . 3PCU中寄存器的组按 功能分通有用寄存器和专用寄存 器⑴ 用通寄器 存 存原始放数和据运算果 结作为 变寄址器存计、器数地、指址针等。⑵ 专用寄 存 器 程 计数序PC、指令器指针P I指令寄 器存R等 I状态 志标存寄器主要包括两，分部容内 ： 状态 志标，如：进标位志结果、零为标等，志大 数运算多类指的令执行会影响将到些这标志。位 控制志标，如中断：标志、陷标志等阱第。7页

计 算 机硬 件 技 基术

础2

.2.

2算机中数计信息据表示

数的字信化编码息概的：

计念 机算 硬 件 技 基术础 计算在内一切信机必息须进行数化编码字(用二进 即代制形码),式能在机内才传送存储和、处理。输 入电 路01111010计 算机主 机01100100输出 路

二进电制：只有和01,数按记逢二“进一规律，”k位权是2k。 二第制进十 进

制nbbn1-b-n2…… 0b =Σkb2kX k=

n

dn0nd-d1n2 -...… d0

=ΣkXd0k 1k0=8第 页n

10111=X320X+221+2X+112X0 35 2=3 X10 2 2+1X01+ 5X001= 1X + 8X40+ 1X 2 1X1+= 3 1X00+ X102+ X1

252..

计2机算数据中信息的表示 ——进制二

二制进 ：b 7b6 5 bb4b 3b2 1b 0b计 算机 件 硬 术技 基

27 础26 5224 23 2 212 20 值：权1 8 246 2 3168 4 21 二进制 小：数数小后第k点权值位2-k位= 1/ 2。 k进制二0:. -1Bb-2 b- 3-212-2 -3 212/1 / 4/1 8值：权 0. 5.05 20125. b-42- 4 11/6006.25111.0100 (1二进)制 =1X8 + 1X4 0X2+ +1X1 +1X0. 5 0X0.+5 2+ 0X.105 2 1X+0062.

= 513.565 (2进制十)第9 页

22.2.计算机 数中信息据的示表— 原—码、码反补码和 码、原反码和码

补计算 机 硬 件技 术基 础

原码：二制的最高进位为符位，0正号负，其余1各同位无符二进号。

制1[52D] = 0 原1111011 [12-5D原] = 1111101 符号位1数值 8位位原表示码的范围数-:127 +127~,0且000000和01 000000含义0相同 反码。:数的正反和码码相同，原数负反码的其原码为数将 值求位反，0变即，1变01 [125D。] 反= 0111101 [1-125D]反 1=00 0010 第 100页 符号 位数值位

.222 .计机中数算信息据

的表示— 原码、—反码和补 码位8码表示反的数围范-1:27 +1~2,70 且000000和0 1111111含义相1。同

计 算机硬 件 技术基 础

补：正数的码补和原码相码，负数的补码为其同原码数将 位求值+1反。[152]D 补 =0 1111101[- 152]补D =1 0000110 号符 数值位 8位位码补示数表范的围-:28 1 ~1+2,7最主要优点是在 的加、运减算时需不判要符断号，所以C位PU进行有符号在 数的加减、运时算用是补码的。 :例别分求十出进制数7D8和12-0的D码原反码、补码和

。7将8和D12D0别分换成转进二：制第1 1页

2. 2. 计2算中数据机信息的示表 ——原码、反码和码补 2 78| 2| 3 9 … 02| 1 9 … 2 | 1 91 …2| 4 …12 | 2 …0 2 1 |…0 …10 2|201 | 6 0 …0 2 |23 0 …0 2 | 15 0 …|27 …1 2 3 |1 …2 1| 1… …01计 算 机 件 硬技 基 础术

8D7= 10011 01120D = 111000178D-12和0的原码： [D8D7]原= 01010101-120D[] 原 = 11110100 78和D120-D反的码 ：78[D]反= 0 010110[-1120D反]= 1000111 70D8和-21D的补码0: [7D]8 补= 1001011[-0120D] = 1补0 010000第 12页

.222 .算计机数中据息信表的示——原 码、码反和码补 种三器数的比较机

计 算机 硬 件 技术 基 础

⑴对于正 它数们相等，而于负对数各有不的同表示 ⑵。补 码反和的码符号可位为数作位值的部分看待，一 原但码的号符位允许和不数值同等位待。 ⑶ 原看码和码反各两有种的表零法，而示补具有唯一码的 一种的零表法示。⑷ 原码反码、示表正、负数范围的对零相说来是对 称，但补码负数的示范围较表正数示表围范。 宽补的运码 [X算补][+]补=[XYY]+补

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