专题二 计算机系统的组成 （ 1 ）《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 （ 1 ） 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 1. 计算机系统的基本组成 1.1计算机的硬件组成 计算机是通过执行存储在存储器中的程序而工作的。计算机执行程序是自动按序进行 的，无须人工干预。程序和数据由输入设备输入存储器，执行程序所获得的运算结果由输出 设备输出。因此，计算机通常由运算控制部件、存储器部件、输入设备和输出设备4部分组 成 1) 输入设备能自动把人们编好的解题程序和原始数据转换成计算机能识别的二进制数码，送到存储器存放起来。常用的输入设备有键盘、鼠标、触摸屏等。 2) 运算控制器由运算器和控制器两部分电子线路组成，是计算机赖以工作的核心部件。运算器主要包括加法器、移位、判断和寄存器电路等，用于算术运算和逻辑操作。 3) 控制器由指 令寄存器、指令译码器和控制电路等组成，是整个计算机的中枢。 4) 存储器分为内存储器和外存储器两种。内存储器工作速度快，但存储容量有限。外存储器又称为海量存 储器，它的存储容量大，但存取速度慢，如磁盘、光盘、U 盘、移动硬盘等。 5) 输出设备用于输出计算机的中间结果和最终结果，也可以输出原始程序和实时信息。常 见的输出设备有显示器、打印机、绘图机和电传打字机等。外存储器既可以作为输入设备，又可以作为输出设 备，常常称其为输入/输出设备。 6) 上述部分统称为计算机硬件 (Hardware), 各部分相互独立，但又彼此相连，组成一个 有机整体。其中，中央处理单元 CPU 和内存储器又被称为计算机的主机；输入/输出设备统 称为外部设备或I/O(Input/Output, 输入/输出)设备。 1.2 微型计算机的组成 微型计算机是在中小型计算机的基础上发展起来的，并以大规模集成电路技术为基础而 开发的一种新型计算机。微型计算机的最大特点是采用总线结构。其中，三总线结构尤为普遍 微处理单元 MPU 是通过AB 、DB 和 CB 三总线(分别为地址总线、数 据总线和控制总线)与ROM 存储器、RAM 存储器及I/O 接口相连的 总线是指信息传送的公共通道，实际上是印制电路板上的短路线。这些短路线是沟通微 型计算机各种器件的桥梁。 1) 地址总线 (AB,Address Bus) 地址总线 (AB) 也称地址母线，因其上仅传送 MPU 的地址码而得名。当微处理单元 MPU 和存储器或外部设备交换信息时，必须指明要和哪个存储单元或哪个外部设备交换。地址总线 (AB) 必须和所有存储器的地址线相连，也必须和所有I/O 接口设备相连。当微处理单元需要与存储器或外设进行信息交换时，只要把存储单元的地址码或外设的 设备码送到地址总线上便可完成读/写数据工作。地址总线条数由所选 MPU 型号决定。 2)数据总线 (DB,Data Bus) 数据总线也称数据母线，因其上传送的是数据和指令码而得名。数据总线条数常和所用 微处理单元字长相等，但也有内部为16位运算而外部仍为8位数据总线的情况(例如Intel 8088)。由于MPU 有时需要把数据写入存储器或输出设备，有时又需要从存储器或输入设备 读入数据，因此数据总线是双向的。在8位机中，数据总线通常有8条。 3)控制总线 (CB,Control Bus) 控制总线也称控制母线，用于传送各类控制信号。控制总线的条数因机器而异，每条控 制线最多传送两个控制信号。控制信号有两类： 一类是 MPU 发出的控制命令，如读命令、 写命令及中断响应信号等；另一类是存储器或外设的状态信息，如外设的中断请求、复位和总线请求等。 4)存储器 这里的 ROM 和 RAM 是半导体存储器，是一种采用大规模或甚大规模集成电路工艺制成的存储器芯片。 ROM(Read Only Memory) 存储器是一种在正常工作时只能读不能写的存储器，故它通 常用来存放固定程序和常数。 RAM(Random Access Memory) 存储器是一种在正常工作时既能读又能写的存储器，故 它通常用来存放原始数据、中间结果、最终结果和实时数据等。RAM 存储器中存入的信息 不能长久保存，停电后便立即消失，故它又称为易失性存储器。 1.3 单片机的组成 单片机是计算机应用的重要组成部分。单片机的体系结构有两种： 一种是冯·诺依曼结 构；另一种是哈佛 (Harvard) 结构。下面结合图2.3所示哈佛结构的示意图简单地介绍其结 构特点。 数据与程序分别存于两个存储器中，这是哈佛结构的重要特点。由图2.4所示指令流水 线结构示意图可见