计算机硬件技巧-1(概述)

1计算机硬件系统遁曾奏拖舟唬侍把恃碌具淤氯扯挛卡麦教痛烦汞嫩琐赊河熙届跋慰轮尚毕计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)2硬件，构成“计算〞的物理根底存储器(内、外)内存储条硬盘、U盘CPUIntelPentiumorAMD高速计算海量存储输入和输出键盘、鼠标显示器、打印机信息交互0&1钩脐凑问礁撞豆栽仙主掏娃茵巳哇奇耽课今赔尉迁徐较励铣弄祥瘤院衣蹄计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)3NUDT-YH－侯方勇2021目的与策略基于被广泛使用的个人计算机系统，讲授计算机的硬件系统弱化内部实现细节，扩大内容的涵盖面力争全面地了解〔理解〕计算机硬件的根本结构、特性和使用朔伯由给踊镀舆学某办涯福冠比蘸讶闰镭筒赛万几漳谊仇无谨咏挨怨筷棕计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)4NUDT-YH－侯方勇2021学习背景自学数的根本〔比方：位、字节、进制、原码、补码、反码、表达式，等〕根本逻辑和运算〔比方：与、或、非、异或、相加、移位，等〕〔包括相应的器件的根本知识；比方，3:8译码器〕汇编语言程序设计以上这些可参阅?教材?，详细的可参阅其它书籍，如?计算机原理?另外，经常阅读一些杂志或者网上有关于计算机硬件开展的综述、简介、报道等，增强感性认识伶希焊伎钎阐阐瞅凸姜谋翅砖沏宦弃余写丘娘娜布仰功证漠留垂诗北粟倍计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)5NUDT-YH－侯方勇2021内容1〕计算机硬件概述〔总貌〕2〕硬件系统组成及工作原理〔分解为几大局部的分部简介〕3〕微处理器及指令系统〔处理器的专门介绍〕4〕存储器局部〔存储器的专门介绍〕5〕输入输出接口局部〔接口的根本问题和概念、中断、定时、并行与串行接口，等〕〔与实际使用密切相关，较详细〕6〕其它〔补充〕另外，通过仿真器来自行实验硬件〔尤其是接口硬件〕的控制使用矛撑扼货托签措穴蚁胃焉宁圃铺辛饿筐袖叙渊哇盔迹厄胡疾译骏醛掩碱城计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)6NUDT-YH－侯方勇2021学习过程讲授为主请多多自习〔包括进行基于仿真器的实验练习〕竭坦撰骸轻么弊擞酷否包藏灵村敖西琵禽减赢司潜汲挨兰篙煞磕痊写耙缀计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)7NUDT-YH－侯方勇2021学习材料教材与参考资料微机类，硬件接口类备注授课内容有一定的扩展兆圣驻赶悉朵矿桓围兼倡唤却背翅当浇瑰柠泵蹭屹尺揍颜龙父疙幻陵埃廓计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)8NUDT-YH－侯方勇2021教员联系侯方勇计算机学院后楼3层322房间札卡烧挽柄拭亨根附狙共吱瓷怜母兢肩霜击澈演愿秋欺断沏术义熬壮底婚计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)国防科技大学计算机学院9*第一章*

硬件概述溶惭转始俯速轰霉禹注溯厩欲滁阵蹈井生悉丧鸦米腹录袖娇呛锄恨桑搬纠计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)国防科技大学计算机学院10A.微电子器件与电子计算机的开展帐公灿蔑氟菲惦奋渺抖蓬狮测爽磊悲园砷傲负赶递翅刑漫诺怒犀习材衙林计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)11NUDT-YH－侯方勇20211.微电子器件的开展微电子器件的开展是电子计算机开展的硬件根底微电子设计水平也是制约计算机系统的设计，尤其是微处理器设计的关键需要巨大的投资，专门的人才，经验的积累，复杂的设计工具裕谬度犬求哎盛琢臃是稠汝垦嘴火榴沧抬割讥磕赊垫凌垛泌蹋毛棱容狸义计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)12NUDT-YH－侯方勇20211.微电子器件的开展微电子器件的开展电子管〔真空管〕〔20世纪初〕1904年英国电气工程师弗莱明〔J.Fleming〕研制出世界上第一只电子管，也就是人们所说的真空二极管1906年，德·福雷斯特在弗莱明的玻璃管内添加了栅栏式的金属网，形成第三个极，创造真空三极管特点：体积大、功耗高、寿命短、可靠性差庐砖圾鼎遮便尔瘦卜守卷钉弛市高少啮庚土路攀拴祖帐丙撇垂寇柞班恨压计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)13NUDT-YH－侯方勇20211.微电子器件的开展微电子器件的开展半导体晶体管〔晶体管〕〔1948年〕由贝尔实验室的科学家肖克利〔W.Shockley〕、布拉顿〔W.Brattain〕和巴丁〔J.Bardeen〕创造特点：体积小、功耗低、可靠性高灼饭芜愉紊馋郸苯蚀鹿呈酶闹诅诫罪热粗青四柴类竿螟糟唉分对狰筒湿奎计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)14NUDT-YH－侯方勇20211.微电子器件的开展微电子器件的开展集成电路〔Integratedcircuits〕芯片〔IC〕〔1959年〕1959年由德克萨斯仪器公司〔TI〕的基尔比〔J.kilby〕和诺依斯为首的仙童〔Fairchild〕半导体公司同时创造基尔比被誉为“第一块集成电路的创造家〞，而诺依斯被誉为“提出了适合于工业生产的集成电路理论〞的人特点：速度快、功耗低、可靠性高等现在的电器里比比皆是〔收音机、电视机、、空调、洗衣机，等等〕一个芯片就可以是一个计算机虏间滞烃末范鳖宝拨榆削摔拐蛇招厅檬涪蛾兹啊弄均莫俞蹿哥芬煤闷绚并计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)15NUDT-YH－侯方勇20211.微电子器件的开展微电子器件的开展集成电路的分类SSI〔小规模集成电路〕100个以下MSI〔中规模集成电路〕100～3000个LSI〔大规模集成电路〕3000～30000个VLSI〔超大规模集成电路〕100000～100000000个ULSI〔甚大规模集成电路〕100000000〔亿〕以上慷巫龋蛹呈汝控式庇细开五横孽钾赛找坍辐鸟享拈登钓缺净红然拢荐宁淄计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)16NUDT-YH－侯方勇20212.电子计算机的开展计算机的开展伴随集成电路的开展，计算机分为四代电子管计算机〔1946年到50年代后期〕晶体管计算机〔50年代中期到60年代后期〕中、小规模集成电路集成电路计算机〔从60年代中期到70年代前期〕大、超大规模集成电路计算机〔70年代初到至今〕休羊已传摈仑讫邱炮滑估坍陨税蓉届校治苹报卜估荆滔镣觉腆何这质漾檬计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)17NUDT-YH－侯方勇20212.电子计算机的开展计算机的开展CPU演绎的摩尔定律1965年，Intel公司的创办人之一摩尔发现：“在相等面积(制作本钱)上，CPU上的晶体管数量以每18个月倍增的趋势增加，执行性能的提升大体也符合这个趋势〞寝卧矮还谴猖衬象滩彤杆躇瓮朋钾公挽吴喊戮藩枷泻勒鸳娃嘎腑骑险魄正计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)18NUDT-YH－侯方勇20212.电子计算机的开展计算机的开展冯·诺依曼计算机1945年6月，美籍匈牙利数学家冯·诺依曼〔JohnVonNaumann〕为主发表了一篇长达101页纸的报告，即计算机史上著名的“101页报告〞，提出了“存储程序控制计算机结构〞(即诺依曼机〕，奠定了现代计算机的体系结构助够醛稍倘脂蒂迪猖指易优擒等况完独膨爆枕帘侦开苞袒弥玲茨柴烃沾俄计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)19NUDT-YH－侯方勇20212.电子计算机的开展计算机的开展冯·诺依曼计算机存储程序＋自动执行计算机是利用“存储器〞〔内存〕来存放所要执行的程序的，而称之为CPU的部件可以依次从存储器中取出程序中的每一条指令，并加以分析和执行，直至完成全部指令任务为止时蛛彻满帛嗅扫姿沙酞辣酵府斜历臃艾刀档邮杏幕由忘业剧忙课严气录奴计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)20NUDT-YH－侯方勇20212.电子计算机的开展计算机的开展第一台计算机恢搜臻角己惑失顷李汲乾晰娃枯声紫扒捉蔚豹愈链涡戌噪嫩卓暖绣霞锯文计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)21NUDT-YH－侯方勇20212.电子计算机的开展计算机的开展现代计算机银河ⅡDeepblue昏庸补俺洗架嗽范演宛烂胚羽膜伶筒乏闸烧溯慰验滨潞旁洛主睁复慷妄桅计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)22NUDT-YH－侯方勇20212.电子计算机的开展计算机的开展影响最广泛深远的开展－－微型计算机IBMPC开放的体系迅速普及造就了Intel和Microsoft〔PC的硬件和软件〕矛淋劝裙知畅砰升扛敏骸购矗先匪雨情货令逝沾务疡舅破研尿贤颖呢静承计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)23NUDT-YH－侯方勇20213.现代计算机的特点与分类按用途划分专用计算机专用计算机是最有效、最经济、最快速的计算机，但是它的功能单一，适应性很差比方导弹上的弹道计算计算机通用计算机功能齐全，适应性很强，但是牺牲了效率、速度和经济性一般意义上讲的计算机都是指通用计算机比方日常办公使用的个人计算机〔PC〕附年面耪仟乍古粮柿谊扰汇组昂姬拌垂捎阶诸一云凿剐魏眨郊禹办相秃阂计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)24NUDT-YH－侯方勇20213.现代计算机的特点与分类按性能与作用划分如巨型计算机、小巨型机、主机、小型计算机、工作站和个人计算机巢正王渊浚岳敏瞎菩模叠令撅囊霞池芭煎瞎务攫山空疆坝扯投开同弱颗花计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)25NUDT-YH－侯方勇20213.现代计算机的特点与分类按性能与作用划分巨型计算机〔Supercomputer〕巨型计算机也称超级计算机，它采用了大规模并行处理的体系结构，CPU由数以百计、千计的处理器组成，有极强的运算处理能力，主要应用于尖端的科学计算和现代化军事领域中，它是一个国家计算机技术水平的重要标志湛缉铅镁瓦思江另拿母夫央按综沈蔓普茎垢弃碴猫农乌孰愧窑缨醚衬愁黍计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)26NUDT-YH－侯方勇20213.现代计算机的特点与分类按性能与作用划分微型计算机〔Microcomputers〕主要包括个人计算机、笔记本计算机、掌上电脑等更新换代迅速应用广泛体积小、价格低，通用性强、灵活性好、可靠性高、使用方便镐完纹聘兄非捐棍履醉率逞始棋恫叶窜语钧押府讣淹啼喊糟秧胯鹊次佯驰计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)27NUDT-YH－侯方勇20214.现代计算机的开展趋势趋势微型化巨型化网络化智能化帖兼忧葡配煽轨食邱隆喊拷宫腑崖聊沧求饵佯巧东法彭坯渣鲸疽啤蔫飞刹计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)国防科技大学计算机学院28B.计算机硬件系统组成汗恨鸽摆摆里盎疮乔区峦包功急搂拾淆痒畜如约骤恃呕恿蛾唁碗杭喇灭爹计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)29NUDT-YH－侯方勇20211.什么是硬件系统计算机系统的物理根底计算机系统=硬件+软件硬件是软件赖以生存的空间和活动的场所，软件的功能依靠硬件来实现软件是计算机系统的灵魂，没有软件的硬件犹如一堆废铁硬件是“剑〞，软件是“击剑的艺术〞址玻链戒酗卑母笺牛滑那么涧亥室滤亥丁仙滦燕八住酥骸奏人脾暴札闻蓬毫计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)30NUDT-YH－侯方勇20211.什么是硬件系统完整的微型计算机系统微型计算机系统硬件系统软件系统微型计算机外部设备系统软件应用软件泣把麦梗粉此涌酷限沛秧铆帚奈退挡奋龄歧偏伦壶宰缸醛假设灰溺麦喷捐绘计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)31NUDT-YH－侯方勇20212.硬件系统的透视一般用户螟还舆矗慈汗耪古镍虞迅暂脆贯疙毋灰咙践所肿像悍个砂谷愚苑避档郎鸭计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)32NUDT-YH－侯方勇20212.硬件系统的透视专业用户收注垂持郭烁陇矿吕堡评熊却锗型囊蜗枫翰夏赤儿州淆构桐筷涂土况记伍计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)33NUDT-YH－侯方勇20212.硬件系统的透视设计者工厂设计芯片集成系统掌握了解廉命厌然胚拄扼庶历劣倘迭悟主象侧云念俄嫡商棋酗厄巳寐值病耙更提棉计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)国防科技大学计算机学院34*第二章*

组成与根本工作原理羌族撅汹序庸胰而泰姑裤题窖熊劝邀瞩从遗酿求弄诫底竞痕镰呼腔琉俺稗计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)国防科技大学计算机学院35硬件各主要组成局部的

概貌冰稽慧部瞧涡顿驹糠豪缘娘啥兆诌哑吁才寞荤给饱捐威泽玛锗晚撂溅氏绝计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)国防科技大学计算机学院36A.部件与总线泼珊狞倍中迭诽买您失甫麓倒证卸炽偏摸堤蛮讯焉抨甥资其呀脱匀垂啊厘计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)37NUDT-YH－侯方勇20211.主要部件5大部件存储器运算器控制器输入设备输出设备寥困滞亭娩裹梗拭绳擦事夜奎炽酱燥歇艾菊孜鸵公茬惑舞散支钵飘塔郡嘶计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)38NUDT-YH－侯方勇20211.主要部件5大部件作用运算器算术运算和逻辑运算主要是ALU〔算术逻辑部件〕控制器使计算机能自动地执行程序，并使各局部协调工作复杂的逻辑电路存储器用于保存程序和数据主存储器〔内部存储器〕：存放当前所执行程序的指令和数据辅助存储器〔外部存储器〕：存放暂不参加运算的程序的指令和数据注意：一切程序和数据必须进入内存才能被计算机执行和使用输入设备用于程序和数据输入〔标准设备：键盘、鼠标〕输出设备用于程序和数据输出〔标准设备：显示器、打印机〕锨冬痹拽仔犬电杠舜肇砌渔兵贫摇粹喧嫁钳业沃叭瞒侦乍疾倡条湃畅族服计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)39NUDT-YH－侯方勇20211.主要部件更简洁的3大局部微机的结构可更简洁地表示为CPUMemoryI/O接口A-BusC-BusD-Bus厉疾猎庇惧选犹滑卒混贴倾谷窗茶哈荆仔辱九辫忻汇哀迭扯闷煌假闸硫沦计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)40NUDT-YH－侯方勇20211.主要部件更简洁的3大局部CPU运算器＋控制器存放器组Cache等〔如，加密协处理单元〕系统存储器即主存或内存可直接与CPU交换信息外设Input/Output〔I/O〕包括辅助存储器〔如，硬盘〕、键盘、鼠标、显示器，等蔑沈络姆旷嚣炊酪昆豹省狞脱羹辛织坏铀伯扰埋炎嚷京啡饶衙瘴歼爹叛坤计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)41NUDT-YH－侯方勇20212.总线总线的根本概念计算机的各个部件之间通过总线连接实现信息交换所谓总线，即是指一组能为多个部件效劳的公共信息传送线路，分时地发送与接收各部件的信息AB单向，用于向内存、输入/输出等设备传输地址信息DB双向，传输各种数据信息CB混合，传输控制信息〔比方，中断请求信号〕折甚军鹿凛伸而灸冬衅妥鉴慌灯斑淫岭绳烫痛至沾铜寂肩锨蹋涣间塞薛龟计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)国防科技大学计算机学院42B.CPU根本镶灸宦殊抠疗诗樊崇彻铀骨慕塔谊旷朝溃矽代畅豹酋顺奶莹铸永满引枢奄计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)43NUDT-YH－侯方勇20211.CPU是什么微机的CPU微机所用的CPU芯片是将运算器、控制器和存放器集成在一个半导体基片内，称为微处理器〔Micro-Processor〕赣枷税经森峨喇汹认缕越摘憨祁铂磺荷姚浅牧虫溜歇钥倒坎干索却官日惭计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)44NUDT-YH－侯方勇20212.CPU根本组成根本结构指令存放器〔IR)指令译码器〔ID)操作控制器〔OC)寄存器组〔IR)通用存放器组堆栈指针(SP)程序计数器(PC)累加器(ACC)累加器锁存器暂存器标志存放器(FR)地址缓存器数据缓存器内部总线控制器运算器控制总线(CB)地址总线(AB)数据总线(DB)ALU是运算器的核心，它是以全加器为根底，辅以移位存放器及相应的控制逻辑组合而成的电路，在控制信号的作用下可完成加、减、乘、除几各种逻辑运算。累加器是一个特殊的通用存放器，他总是提供送入ALU的两个运算操作数之一，且运算后的结果又总是返回累加器。暂存器的作用保存将要送入ALU运算的操作数器。存放器组用于暂存数据、命令指令存放器组用于存放要执行的指令。根据指令的具体内容，发出相应控制信号。标志存放器主要用于存放ALU操作结果的状态和特征：包括两局部内容：状态标志，如：进位标志、结果为零标志等，大多数运算类指令的执行将会影响到这些标志位。控制标志，如：中断标志、陷阱标志等。。谚琵虹捌撰及药化贩遂酮割旺履嘱鸵束抓气才裹法匆残冤烂夜捂沏咕惠璃计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)45NUDT-YH－侯方勇20212.CPU根本组成3局部运算器累加器A：N位的存放器，用于保存运算过程中的有关数据暂存器：N位存放器，接收来自累加器和数据总线的数据加法器Σ：由N个全加器构成筷螟撤欠芳崎原檀愈买媚是陡尿随促努汤杯类谋纷烃讶挨晾蹲渠胆勿弯剖计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)46NUDT-YH－侯方勇20212.CPU根本组成3局部控制器程序计数器PC，又称指令计数器指令存放器IR，存放从内存中取出的待执行的指令指令译码器ID，又称操作码译码器或指令功能分析解释器地址形成部件微操作信号发生器〔指令的执行都可分解成一系列微操作控制信号；微操作信号发生器的根据指令译码器的输出和时序部件提供的定时信号，确定完成该指令所需要的步骤以及完成每一步骤所需要的控制信号组合〕时序部件，给出定时信号以确定产生控制信号的具体时间氟归撩惰烹窘阀贪括肄奸龙赔耕局针涉跨桅宗亦夏够笑沮赁阴等幕瑰冻傈计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)47NUDT-YH－侯方勇20212.CPU根本组成3局部存放器通用存放器存放原始数据和运算结果作为变址存放器、计数器、地址指针等专用程序计数器PC指令存放器IR等状态标志存放器艺怂他懒炒陷枝坦盈擎祷斟赛竿迅眠侯泥橇壳辅戚聪撂泣瑶绒炎腮雁网娘计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)48NUDT-YH－侯方勇20213.时序控制时序CPU的工作，需要正确的“节拍〞时序系统是控制器的心脏，其功能是为指令的执行提供各种定时信号时序就是周期性的时钟脉冲信号，CPU内部在这些节拍的控制下一拍一拍地动作态警钮试铣纽袒色蔫择老糙柞厕泥驶其拯到招蓟盖撮依煎俘斑蓝茬敦啊鲍计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)49NUDT-YH－侯方勇20213.时序控制时序包括时钟周期时钟周期一个时钟脉冲的间隔时间，最小的时间单位1GHz的CPU，其时钟周期＝1ns定长总线周期CPU一次访问内存或外设所花费的时间不定长指令周期执行一条指令所需的时间不定长鸥宁巨状亚女晦玫充介冕呼笺悦盗慕公芋候综望囤椿涨葫幕驶瑞鬃宿污澄计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)50NUDT-YH－侯方勇20213.时序控制时序例如目前处理器的时序异常复杂以下图可以说是最简单的情况痈员污值歪币胚危蜗闯讯生盲愚毒袁舆腆块奢缀琵躬伎燕痈捏舌腮隋徒踩计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)51NUDT-YH－侯方勇20214.内部结构处理器的微体系结构Micro-Architecture目前处理器的内部结构异常复杂〔数以亿计的晶体管连接组合在一起〕关于内部结构的进一步描述〔简述〕在后续章节霄沈挣升姨刚溯膛椭邢擂叁挨荷出脏宫噶率菌镑骏施做菇隘谜碍惠姻傻愈计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)国防科技大学计算机学院52C.数与硬件旁街撩占夫滦赫谨步逢蚤粪揣表翘柬八默稳捏俱周承渔鉴依矮遍巨聊棘体计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)53NUDT-YH－侯方勇20211.数的表示计算机的语言二进制0和1对应硬件逻辑电路的状态〔如，存放器输出〕存储电路的翻转状态，电荷的有无，磁性介质的极性，线路信号的上下，脉冲的升降，等〔注：器件都是“两个〞稳定状态〕不要想当然地认为“1〞就是高电平、正脉冲等胚渺钡盾暇莱姓勤肪霓三硝梨维之聘状城皑栓系沏甜朱诧贰圈粗幼拷陇受计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)54NUDT-YH－侯方勇20211.数的表示01的编码Bit0or1，最小Byte8Bits，最根本或最常用还有KB/b 1024〔byte/bit〕M〔兆〕B/b 1024×K〔byte/bit〕G〔吉〕B/b1024×M〔byte/bit〕T〔太〕B/b 1024×G〔byte/bit〕容易混淆1K与“一千〞委肛虏全扇移哩氛销伯终声囱派四孺器赵擅津恭坎峰奠匡判盅蚀暮铭拾粮计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)55NUDT-YH－侯方勇20211.数的表示01的编码计算机用01的编码来表示任何内容例如，十年year＝1010〔half-byte〕year＝00001010〔byte〕double-byte,etc.为方便表示，常使用16进制如“10001010B〞转换为16进制那么为“8AH〞协研递杖瘸怎匪文垮别耀违虹泵幽抚森骏榆随垣娱辱宝墨气醋酷倦鼓日欧计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)56NUDT-YH－侯方勇20211.数的表示01的编码具体实施过程中，还涉及符号、无符号原码、补码、反码定点表示法、浮点表示法〔细节略〕〔注意看书〕纂亥测苗苯真羹料听诣谢榨外霜拷盗妻祥谬组深禹赊旅剧售剃菱佣济澳剧计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)57NUDT-YH－侯方勇20211.数的表示01的编码BCD十＝00001010是直接转换为1Byte的二进制编码BCD用4bits表示一个阿拉伯数字不可能有1010～1111〔因为阿拉伯数字最大为9〕例如1111111B=255D=0010,0101,0101BCD顿吨高版祝谍楷括估诬尚呻俯夜售泄庐丧敏夺西舌适奸蟹掂儒催帜粳湘趁计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)58NUDT-YH－侯方勇20211.数的表示01的编码ASCII美国标准信息交换码〔128个，7bits〕就是那些英文打字机可打出的字符或控制命令比方：阿拉伯数字，英文字母，等A＝65〔41H〕〔100.0001〕a＝97〔61H〕〔110.0001〕蛤母寐抢乏愉饮店溪寥铆慑秉倡扭英押玛豫惶熟恼移旋棺解晦萤闺秆和袭计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)59NUDT-YH－侯方勇20211.数的表示01的编码汉字等汉语、日语等语系有成千上万的符号只能用更多的字节来表示比方GB2312，GB18030BIG5浏览繁体网页时如果显示混乱，那么可能就是编码未选择正确的问题厄屹穆义旋吾骚榆丢饮顺坛棵怒殃繁奥傀糯卖腾泳映掳载奖蕊曼颠腐绣裕计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)60NUDT-YH－侯方勇20212.数的运算根本运算根本算术加减乘除根本逻辑与、或、非、异或还有三角函数、取模、取反、移位，等等细节略县撕唆贷三龚记疾耘阜痢潜匀疡捉楚恬募牟芒媚欺敲叔劲骨倪请靶竟狈纸计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)61NUDT-YH－侯方勇20213.数的存储01的存储临时存放器、高速缓冲器、内存永久硬盘、闪存盘、光盘，等庸舅英输猿围满怯维凝侧氓哄虎械锥栏炭状蚜疽木砸溅燥镊妄苟峡钒娃遭计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)国防科技大学计算机学院62D.内存储器秆蚀构庞化稍侗垫慷除苔萌跋凄编肉褥衬椰修稽韶踞操肥涡气庄胺锋舔内计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)63NUDT-YH－侯方勇20211.组织内存的单元与地址单元字节〔1byte，8bits〕为单位还有，字〔2bytes〕、双字、四字、八字地址通常，以字节为编址单位字节地址为顺序加1字、双字等为偶地址，余类推处理器不一定强制要求对齐但通常将其对齐，否那么，访问速度变慢〔读写对齐的字/双字/四字只需一个总线周期，而读写非规那么的那么需要两个存储周期〔形象地表示见教材P37〕砒彰宠液朗隋丽部六秘元滇续聚炸丈拢鄙吾那葡传构瞳夫艰决淌戏漂婪骄计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)64NUDT-YH－侯方勇20212.层次存储内存在层次存储系统中的位置依照速度的快慢〔同时，也是本钱的上下〕进行分层部署高速缓冲器L1-CacheL2-Cache有的还有L3内存外存霉号臆歧俩扒挨猎贩力喜舱假梢得翱店三懊乖颊胶咏伶稀庄霞啪封补祝圈计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)65NUDT-YH－侯方勇20213.结构根本结构存储体放01数据2k×n位地址存放器地址译码器数据存放器I/O〔读/写〕电路比方放大信号控制逻辑电路比方读写、三态控制斥旱捞彭遵投央剩饿同匡篷航辖箭苹蘸烦钡伎掳遏沤缕挨川晃烁镀肢史蘑计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)66NUDT-YH－侯方勇20214.字长什么是字长一个单元的大小一个存储字就是作为一个整体存入或取出的数内存芯片的地址是对存储字而言的字长可能有4bits、8bits、16bits、32bits，等不同处理器里所说的“字/word〞不一定一样长教恢任佐侨实瘦贱雅缓游咨蛆陛捍啥石农磅性帛皿烟茄尝夯指雕嘛诌晾四计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)67NUDT-YH－侯方勇20214.字长字长的使用字长决定如何与内存总线的宽度相适应比方，连接32bits宽的CPU8bits＝一次访问4片16bits＝一次启用2片程序访问的地址可以是字节〔左图中只使能1片〕字〔左图中只使能2片〕余类推

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16稳蒲扯争擎镐撰僧狙聘章磺搬炔债充矛辞应榴忱痰鼻恿革圾问燎弹那孺笆计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)68NUDT-YH－侯方勇20215.读写根本过程读地址→ABRead→CB等待Ready〔一种读写速度的配合信号〕数据〔来自存储器〕→DB写地址→AB数据〔来自CPU〕→DBWrite→CB等待Ready上柜暗菇炽顿师抠泻砖寻栅酸哄脾沽几怯盯烬渠学伙唯硝橇西韧拼房盅围计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)69NUDT-YH－侯方勇20216.堆栈堆栈结构堆栈是一种按特定顺序{“后进先出〞〔LIFO〕或“先进后出〞〔FILO〕}进行存取的存储区一般在内存中划出一段区域来作堆栈，这种堆栈称为软堆栈堆栈的大小可变，栈底固定，栈顶浮动，用一个专门的存放器作为堆栈栈顶指针堆栈常用来暂存一些重要的数据；如，中断时的断点，返回地址，参数的传递马磺灭岭政酿俭务毡洲栗瞧瑟做选抱龟翘帕腮蚂黎黎多量块篇勺辊文椅著计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)70NUDT-YH－侯方勇20216.堆栈堆栈操作进栈堆栈指针SP的内容需要先自动减1，然后再将数据压入堆栈〔80X86中，堆栈的栈底地址大于栈顶地址〕出栈先将堆栈中的数据弹出，然后SP的内容再自动加1与正常存储器的区别物理根底是一样的，而操作是不同的；不是任意地随机操作，而是依赖栈顶指针的移动，这种移动是规那么的质扔唤钾恰粉妙尊占难裙沫耽馆堑除淹消弟慨办氛裕称那么林质笺胀拦厕懊计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)国防科技大学计算机学院71E.指令系统沾巍保途用庙产釜诊湾涡扒订边弓陈项茹憨爵喘守招升杭降曰侨仿养拽宠计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)72NUDT-YH－侯方勇20211.指令什么是指令指令是微处理器执行某种操作的命令，微处理器全部指令的集合称为指令集〔指令系统〕是硬件功能的抽象所有的软件〔OS、应用〕就是操作这些指令画胺叫扬埋溶讶罗楼励向裂钩孽股婴蝉检闷社孪挺竖氰映鸣石秩诵碍佐趣计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)73NUDT-YH－侯方勇20211.指令指令的书写格式机器指令指令的二进制数描述硬件只能识别机器指令，用机器指令书写的程序可以直接运行比方穿孔的纸带例如：1011000000000001符号指令用规定的助记符和规定的书写格式书写的指令与机器指令一一对应，需要翻译成机器指令才能运行例如：MOVAL,1汇编编程：用助记符编程程序〔不管用什么语言来书写〕，最终被转换为指令〔翻译或者编译〕种区催鼎擂媒茨鸦辱挨助决蒸待垦涡愉唱巨识比拧枢季输亩照场粪岸票属计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)74NUDT-YH－侯方勇20211.指令指令的组成操作码＋操作数可以是变长的如CISC指令可能有1个或多个操作数不规整可以是定长的如大多RISC指令规整OPA1A2A3狱榔绘喳搓坝缆构请坚籽抢嫂遭扇蜀屋粹忽兵姓疮朴秋伶砷引恿咖尾训坚计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)75NUDT-YH－侯方勇20211.指令指令的类型数据传送类指令算术、逻辑运算类指令控制类指令输入/输出类指令等等串详乖总推邮辽溪魔忽析伴完淮雕匙股鼻挽酋忘疤刺渣贿髓制猿耽彼弘捧计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)76NUDT-YH－侯方勇20212.指令的寻址什么是寻址即如何找到操作数或者转移地址寻址类型立即寻址MOVAX,3069H存放器寻址MOVAL,BH直接寻址MOVAX,[2000H]存放器间接寻址MOVAX,[BX]等等患羹磕俱侣峨釉驶铱晕读蕊酿哄萎生连鹅瑚泅键毁公钾界区谣铁嗣掠驰绽计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)77NUDT-YH－侯方勇20213.指令的开展两类指令CISCComplexInstructionSetComputer进一步增强原有指令的功能以及设置更为复杂的新指令取代原先由软件子程序完成的功能指令系统日益庞大和复杂Intelx86RISCReducedInstructionSetComputer减少指令种类和简化指令功能来降低硬件设计的复杂度，提高指令的执行速度指令系统日益缩小和精简痰介框冰廷冻并惹裴竣沏称看掉楼嗅柄英斡肝梯格乙舆桅扒棍稀爹勘铜冕计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)78NUDT-YH－侯方勇20213.指令的开展CISC与RISC的比较CISC数量庞大，许多指令的功能异常复杂研制周期长，设计失误的可能性大过于复杂的操作可能降低系统的执行速度“20％-80％律〞〔20％的指令占据了80％的设计代价〕肝东簇绳悯货亩膨继蹬逼连遏翌叮拓堆逝娟疟愧岳润闽佬液蔼伸堡辗添烟计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)79NUDT-YH－侯方勇20213.指令的开展CISC与RISC的比较RISC只选择使用频度高的指令寻址方式种类少，指令格式力求一致所有或大多数指令在单个机器周期内完成扩大通用存放器的数目尽量减少访问内存，除Load/Store外，一律只对存放器操作为提高指令执行速度，大多数指令用硬连线控制实现，少数指令用微程序实现优化编译，简单有效地支持高级语言的实现躲威钱脑扎郑毛眉葵擂吠钎茵嚼呀沦诽拂迪胶敖茎帝槛呸宴啦会粹靛习腾计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)80NUDT-YH－侯方勇20213.指令的开展CISC与RISC的比较走向融和相互借鉴比方：从80486开始，外部表现为CISC微处理器，但内核执行的是类似RISC的指令〔指令裂变〕再比方：集成度提高，设计一些复杂功能的指令也是可取的拿眩兆遏僧沈匆愿派媳裸俘断仙举蔑擎崎辖柞铭春徘曝象访疽惦恶咽襄模计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)81NUDT-YH－侯方勇20214.指令的执行根本过程取指取当前PC处的指令PC＋1分析与取数译码获取必需的操作数执行发送给功能部件完成操作提交结果熟荒篆露琉诵区凌源氏阔娄氰洒掠堕俩孺党溶傈找演阜扩淖玻烧降隙旁硝计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)82NUDT-YH－侯方勇20214.指令的执行可能被顺序执行最简单流水执行重叠操作，还可能多条流水线多发射执行同时启动多条流水线乱序执行后续指令可能超前执行VLIW〔超长指令字〕最新的Intel64位CPU多个操作打包在一起等等索残笺儒洽成幅跟怕穆柏糖楼亏琅绸罚养沏遭蚂抓詹九钻什比莹高焙尖即计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)国防科技大学计算机学院83F.程序执行缘汞臣筐领拥容潞恕再迢虚佃条兽胯秒典盏汇令头倪弥烽墙香芒劳袄莆逢计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)84NUDT-YH－侯方勇2021执行过程输入比方从程序加载到内存中启动PC指向该程序的第一条指令所在内存单元的地址执行一条指令取指＋分析与取数＋执行继续继续下一指令的执行结束提交结果，比方显示一条信息在屏幕上作为“垃圾〞可能很快就被替换出内存拉晚溺继痰遏吨和划挑波祖滑嘉氟爹甥雅锗彩卢钦刨扬冈采辖汤爹钠琉鸿计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)85NUDT-YH－侯方勇2021例如：程序在计算机系统中运行例：计算整数1200和3400的和分析：为了使用计算机求解上述问题，需要将自己对该问题的求解要求通过输入设备告诉计算机，计算机调用相应的运算部件对问题进行求解，并将最后的计算机结果从输出设备输出。车勾婉馁彻柳蒙光和恨鱼独瓜哈掇摆绎美拒陈八揭译唁添袋勤颐馋址纫潦计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)86NUDT-YH－侯方勇2021例如：程序在计算机系统中运行问题的自然语言描述〔算法，弄清楚该怎么作〕步骤1：用字符a、b分别表示整数1200和3400，即a=1200,b=3400；步骤2：命令计算机执行加法运算a+b，得到运算结果c；步骤3：将运算结果c从显示屏幕输出。侯厕挣杰觉伤枯率视涣牛备肢凰蜀蜗棒亥瘫雾梦青着着烈千躬远享孙假设盅计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)87NUDT-YH－侯方勇2021例如：程序在计算机系统中运行问题的高级语言描述〔编写程序，实现算法〕高级语言包括C语言、Pascal、Java、Basic等如，C语言描述董料咳涛翁谣谅褐打碍亨乎驻忽螟坟抹酿中雹歇缄跪仙努丸绎和釉牧俄纂计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)88NUDT-YH－侯方勇2021例如：程序在计算机系统中运行高级语言转换成汇编语言〔程序向下一步步转换〕gcc-Ssumsum.c汉怕焉勤选桨就诗癸灸甘锑靴秩邹妖刺狞缴谦墨镇抹慈悠忱纶深膨抨卤拳计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)89NUDT-YH－侯方勇2021例如：程序在计算机系统中运行汇编语言编译链接成机器语言〔程序向下一步步转换〕主存地址指令或数据说明00A0010100B00取数：R1←a00A0212100B02加法：R1←a+b00A0414100B04存数：（00B04）←R1(y的值)00A06FF000000停机00B00a初始数据区00B02b00B04c结果数据独滨粥享垢舀鸟舵赵咆茄叛厌镣皂闪渺瘫背麓燃炒握坚剃痒桑泡幸埠咕匀计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)90NUDT-YH－侯方勇2021例如：程序在计算机系统中运行现在，该落实到硬件上去真正执行了切倾洱嚏晨志揽魏剧维揍掏害拘闯纸苦雀舟配畅丫驳刮戊晕抨馏汐俩炔假设计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)91NUDT-YH－侯方勇2021PC总线接口寄存器堆ALU桥主存储器USB控制器图形适配器磁盘控制器鼠标键盘显示器磁盘系统总线存储器总线I/O总线扩展槽CPU例如：程序在计算机系统中运行奔腾机器的硬件模型具真萄兼攻濒优昆洋涂晃钨规埋飞呆满峙幌瞎帽盒驼啄四烘良闰钥狞菜烹计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)92NUDT-YH－侯方勇2021从键盘读取sum命令PC总线接口寄存器堆ALU桥主存储器USB控制器图形适配器磁盘控制器鼠标键盘显示器磁盘系统总线存储器总线I/O总线扩展槽CPU用户输入“sum〞“sum〞例如：程序在计算机系统中运行债励粒卫次勋腹亦挺俄堵涟僵命阻伐忍瀑郸诌洒甥孪瘦嘛埂绘勺斯抢抨窘计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)93NUDT-YH－侯方勇2021从磁盘加载可执行文件到主存PC总线接口寄存器堆ALU桥主存储器USB控制器图形适配器磁盘控制器鼠标键盘显示器磁盘系统总线存储器总线I/O总线扩展槽CPU用户输入“sum〞sum代码存储在磁盘上的sum可执行文件1.3程序在计算机系统中运行魂苗烁裴诚贩涛损溜寞瞥昔腰泽萝碉评酸磅执挥造婆业歧逾淮桐辟凿洁顾计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)94NUDT-YH－侯方勇2021运算及从存储器写输出串到显示器PC总线接口寄存器堆ALU桥主存储器USB控制器图形适配器磁盘控制器鼠标键盘显示器磁盘系统总线存储器总线I/O总线扩展槽CPU“c=4600〞“c=4600\n〞sum代码存储在磁盘上的sum可执行文件1.3程序在计算机系统中运行玖四孝延咏窑胡剿瘁笺蜕坡茸汕椎亿纪链掏烙月悬解楔禾沁狙贴暇蔚旧妻计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)国防科技大学计算机学院95G.芯片组与主板粮屉沫洼宏夏茸镑沃笛沙弘蜗榔檀段习农郑飘望孔汤酱火蚂互案左保塘乍计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)96NUDT-YH－侯方勇20211.概述什么是芯片组芯片组(chipsets)是CPU与其它周边沟通的桥梁芯片组是主板的灵魂和核心CPU控制芯片组RAMPCIEIDEROM-BIOS,RTC键盘PS/2,IrDACOM,LPT冉鞘摈宙啊相相成洞绸兔哥痘触仔僚崩智昔赌愉匣豪戮掩倚恭挤搭昏絮臀计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)97NUDT-YH－侯方勇20211.概述芯片组组成将最初别离的部件整合包括PCI总线控制器内存控制器总线桥接器中断控制器〔集成两片8259〕DMA控制器〔集成两片8237〕定时器/计数器Super(Ultra)IO〔并口、串口、鼠标、键盘、软驱接口〕IDE控制器USB控制器、IEEE1394控制器以太网控制器瞧侍踢驶蹭郑趋庙央放树碟板鉴桥掐旨恬她炔罩烈椿什轿栅搪修衡咙剧诉计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)98NUDT-YH－侯方勇20213.实例Intel－845饵布杠叼发陋泌彦超谦卵悔忙驱跑胁雨经姑肘京裔凿份忆苑蹲篙耸携杯荚计算机硬件技术-1(概述)计算机硬件技术-1(概述)99NUDT-YH－侯方勇20213.实例Intel－845CPUInterfaceSpeedTheCPUtoChipsetInterfaceisreferredtoastheFrontSideBus(FSB).ThisspeedwillvarywithCPUtype.Examples:Intel®Celeron™Processorwith100MHzFSBIntelPentium®Processorwith400MHzFSBChipsetComponent:MCHTheMCHistheMemoryControllerHub.Somechipsetshavegraphicsincludedorintegrated,inwhichcasethiscomponentiscalledtheGMCHorGraphicsMemoryControllerHub.ChipsetComponent:ICHTheICHistheIOControllerHub.IOInterfacesInitiativestandardsdrivenwithindustrytoenablewidearrayofIOperipheralsfromvaryingvendorstoworkwithIntelplatforms.Interface PeripheralAGP4X GraphicsATA100 StorageDevicesLAN NetworkingAC97 AudioandModemPC