专题二 计算机系统的组成 （ 2 ）《计算机原理》概念梳理与常考题选讲

《计算机原理》考前概念梳理与常考题选讲 专题二 计算机系统的组成 （ 2 ） 1、 教材要求 1．了解计算机系统的组成及各部分功能。 2．理解MPU的组成及各组成部分的作用。 3．理解指令格式、操作码、地址码和指令格式的分类。 4．掌握指令和操作数的寻址方式。 2、 概念梳理 3. 存储器 3.1 存储器的分类 计算机中的存储器又称为内存或主存。目前，计算机都使用半导体存储器。存储器的类型如下： 1） 随机存储器 (Random Access Memory,RAM) 随机存储器(又称读/写存储器)是指通过指令可以随机地、个别地对各个存储单元进行 访问的存储器。 一般访问所需时间基本固定，而与存储单元的地址无关。 2）只读存储器 (Read-Only Memory,ROM) 只读存储器是一种对其内容只能读出而不能写入的存储器。 3. 可编程序的只读存储器 (Programmable ROM,PROM) 可编程序的只读存储器是一次性写入的存储器，写入后只能读出其内容，而不能再进行 修改。 4. 可擦除可编程序只读存储器 (Erasable PROM,EPROM) 可擦除可编程序只读存储器是可用紫外线擦除其内容的 PROM, 擦除后可再次写入。 5. 可用电擦除的可编程只读存储器 (Electrically EPROM,E²PROM) 可用电擦除的可编程只读存储器是可用电改写其内容的存储器。近年来发展起来的快擦型存储器 (Flash Memory),具有 E²PROM 的特点。 上述各种存储器，除了RAM 外，即使停电，仍能保持其内容，故称之为“非易失性存 储器”,而RAM 为“易失性存储器”。 3.2 存储器的地址信息 主存储器的主要性能指标为主存容量、存储器存取时间和存储周期时间。计算机可寻址的最小信息单位是一个存储字，一个存储字所包括的二进制位数称为字长。 以字或字节为单位来表示主存储器存储单元的总数，就得到了主存储器的容量。 3.3 存储器的组织和管理 主存储器用来暂时存储CFU 正在使用的指令和数据，它和 CPU 的关系最为密切。主存储器和CPU的连接是由总线支持的，连接形式如图2.6所示。 总线包括数据总线、地址总线和控制总线。CPU 通过使用AR(地址寄存器)、DR(数据寄存器)和主存储器进行数据传送。若为k位字长，DR为n位字长，则允许主存储器包含2*个可寻址单位(字节或字)。在一个存储周期内，CPU 和主存储器之间通过总线进行n位数据传送。此外，控制总线包括控制数据传送的读(read)、写(write)和表示存储器功能完成 (ready)的控制线。 3.4  各种寻址方式 3.4.1. 指令的寻址 1)指令寻址的概念 指令的寻址方式是指指出下一条将要执行的指令在存储器中的地址的形式。 (2)程序计数器 程序计数器是指令寻址的焦点，也是存储指令寻址的结果。改变程序计数器的内容就会 改变程序执行的顺序。由程序计数器的硬件结构可知，它有自动修改(+1)功能，用于执行非转移类指令。 3)指令的寻址方式 ① 开机后的第一条指令地址。 当打开机器电源或按下复位 (RESET)键 时 ，CPU 内部会将程序计数器复位。 ② 顺序执行的寻址。 计算机工作过程是：先取指令，再执行指令。在执行指令时，程序计数器会自动修改其 内容，也就是进行“+1”操作，为取下一条指令做准备，这样周而复始地进行，就会完成顺 序执行的程序。可见，这种寻址方式是机器自动完成的，当然对用户而言是不透明的。 ③ 改变执行顺序的寻址。 当执行转移类指令，如条件转移、无条件转移或转子程序指令时，或有外部中断发生时， 若 CPU 响应，则会转去执行中断服务程序。这些都需要改变程序的执行顺序，所以程序计数 器中的“+1”内容也就失去了作用，必须更新。 > 直接寻址 直接寻址的指令格式是如下。 直接寻址的操作码为某种转移类指令。在直接寻址方式中，地址码为绝对转移地址，所给出的地址码是指令存储的物理地址。取指结束后，操作码送往指令寄存器，转移地址码 直接送入程序计数器，原程序计数器(已加1)的内容被冲掉。当进行后继指令取指时，则 从新地址开始，从而实现了程序执行顺序的转移。转移指令直接寻址过程示意过程如图所示。 > 间接寻址 间接寻址与直接寻址的相同之处均是绝对转移，不同的是，间接寻址转移地址不是由指令的地址码直接给出的。间接寻址有两种形式： 一种是转移地址在存储器某地址单元中；另 一种是转移地址在 CPU 的某个寄存器中。 转移地址在存储器某地址单元中的指令格式如下。 指令的执行过程是，在取指令时将地址码送到CPU 中的地址寄存器中，在执行指令时再 进行一次访问内存操作，即按指令给出的地址码从存储器取出内容并将其送到CPU 的程序计 数