第4讲.指令系统
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bok24计算机组成原理考点精讲《计算机组成原理》是计算机科学与技术(计算机专业)的一门重要基础课程,主要介绍了计算机硬件系统的组成原理和工作原理,包括计算机的基本功能、存储器结构、指令系统、中央处理单元、输入输出系统以及总线的特性等内容。
下面将对《计算机组成原理》中的考点进行精讲。
1.计算机的基本功能:介绍了计算机系统五个基本功能,即数据处理、数据存储、数据传输、程序控制和用户接口。
这部分内容需要理解计算机的整体结构以及各个功能部件的作用和相互关系。
2.存储器结构:包括主存储器和辅助存储器的组成和工作原理。
主要介绍内存的组织结构、存储器操作周期以及存储器的层次结构和发布的可靠性等。
需要掌握内存的寻址和存取原理,以及对存储器的扩展和映射进行分析和设计。
3.指令系统:包括指令的格式和编码、地址寻址方式、指令执行过程等内容。
需要对指令的组成、指令的操作类型、指令的寻址方式以及指令的执行过程进行深入了解。
对于指令的设计和优化也需要有一定的了解。
4.中央处理单元(CPU):包括硬件结构和微指令的执行过程。
需要理解CPU内部各个单元的组成和连接方式,以及指令的执行流程和控制信号的产生过程。
还需要熟悉常见的流水线设计和优化方法。
5.输入输出系统:包括外设与计算机之间的接口、数据传输方式等。
需要了解设备控制器的组成和工作原理,掌握设备与计算机之间的数据传输方式和接口标准,以及熟悉中断和DMA等I/O方式的实现原理。
6.总线的特性:包括总线的定义、特性和分类,以及总线的传输模式和时序。
需要了解总线的基本概念和特性,掌握总线的数据传输方式和操作控制,以及总线的时序和同步原理。
在学习《计算机组成原理》时,应注重理论与实践的结合,通过实验和案例分析,加深对计算机硬件系统的认识和理解,掌握计算机组成原理的应用技巧和设计方法。
此外,还应注意掌握和理解标志性的计算机系统的设计和发展历程,了解计算机技术的前沿和发展趋势,提高对计算机系统的设计和性能评价的能力。
高职单片机教案第一章:单片机概述教学目标:1. 了解单片机的概念、发展历程和分类。
2. 掌握单片机的基本组成原理和主要性能指标。
3. 熟悉单片机的应用领域和市场需求。
教学内容:1. 单片机的概念和发展历程。
2. 单片机的分类和特点。
3. 单片机的基本组成原理。
4. 单片机的主要性能指标。
5. 单片机的应用领域和市场需求。
教学方法:1. 讲授法:讲解单片机的概念、发展历程和分类。
2. 讨论法:探讨单片机的基本组成原理和主要性能指标。
3. 案例分析法:分析单片机的应用领域和市场需求。
教学资源:1. 教材:高职单片机教程。
2. 课件:单片机概述。
3. 案例素材:单片机应用实例。
教学活动:1. 导入:介绍单片机的概念和发展历程,引发学生兴趣。
2. 新课:讲解单片机的分类和特点,引导学生理解单片机的基本组成原理。
3. 案例分析:分析单片机的主要性能指标,结合实际应用案例,让学生了解单片机的应用领域和市场需求。
4. 课堂讨论:分组讨论单片机的优势和局限性,培养学生的创新思维和问题解决能力。
第二章:单片机的基本组成原理教学目标:1. 了解单片机的基本组成原理。
2. 掌握单片机的硬件结构和主要组成部分。
3. 熟悉单片机的指令系统和工作原理。
教学内容:1. 单片机的基本组成原理。
2. 单片机的硬件结构。
3. 单片机的主要组成部分。
4. 单片机的指令系统。
5. 单片机的工作原理。
教学方法:1. 讲授法:讲解单片机的基本组成原理和硬件结构。
2. 演示法:展示单片机的主要组成部分和指令系统。
3. 实践法:引导学生动手操作单片机,理解其工作原理。
教学资源:1. 教材:高职单片机教程。
2. 课件:单片机的基本组成原理。
3. 实物资源:单片机硬件结构和主要组成部分的展示。
4. 编程软件:单片机编程软件示例。
教学活动:1. 导入:回顾上一章内容,引导学生了解单片机的基本组成原理。
2. 新课:讲解单片机的硬件结构,展示单片机的主要组成部分。
第四章 指令系统的设计原理和风格 本章属重点章。
指令系统是计算机外特性的重要内容,本章主要介绍了两种不同风格的指令系统:RISC和CISC.在学习这两种指令系统之前,我们先了解⼀下什么是指令系统。
⼀、指令系统的设计(领会) 指令系统是指机器所具有的全部指令的集合。
它反映了计算机所拥有的基本功能。
它是机器语⾔程序员所看到的机器的主要属性之⼀。
通常我们说的加法指令、传输数据指令等等就是计算机的指令,这些指令就是告诉计算机从事某⼀特殊运算的代码,⼀种计算机系统确定的这些指令的集合我们就说它是这种机器的指令系统。
那么指令系统的设计要做什么?就是要确定它的指令格式(就是指令有多少位长,哪⼏位表⽰地址,哪⼏位表⽰操作等)、类型(如堆栈型、寄存器型等分类)、操作(⽐如运算、数据传送啊什么的都是指令中要确定的操作)以及操作数的访问⽅式(⼀个指令要访问数据,是按其地址访问还是按内容访问等也要由指令设计来解决)。
我们知道,由多条指令构成的程序是要以⼆进制的形式放到存储器中的,早期的存储器很昂贵,因此导致指令设计者尽量增强⼀条指令的复杂性以减少程序的长度。
还⽤微程序(就是保存在专⽤的存储器中的⼀⼩段程序,运⾏时只要⽤⼀条指令来启动它就可⽤来代替好多条指令)来改进代码密度。
这样的设计倾向形成了⼀种传统的指令设计风格,即认为计算机系统性能的提⾼主要依靠增加指令复杂性及其功能来获取。
这就是称为复杂指令系统(CISC)的设计风格。
我们现在⽤的PC机多是⽤这种设计风格的指令系统,⽐如MMX多媒体扩展指令等,都是增加进去的指令,是复杂指令。
后来,通过测试,这种不断增加指令复杂度的办法并不能使系统性能得到很⼤提⾼,反倒使指令系统实现更困难和费时。
所以在70年代中期⼜出现了另⼀种称为"简化指令系统(RISC)"的设计风格。
它的基本思想是,简单的指令能执⾏得更快以及指令系统只需由使且频率⾼的指令组成。
(插话) 指令系统在设计时,应特别注意的是如何能使编译系统⾼效、简易地将源程序翻译成⽬标代码。
微机原理(计算机原理)第4讲MIPS指令系统(1)1MIPS体系结构概述数据处理指令数据传送指令分支与跳转指令MIPS指令格式第4讲MIPS指令系统(1)MIPS诞生于1980年代,是最早的RISC处理器之一,也是目前销量最好的RISC处理器之一,从游戏机到路由器,再到SGI的超级计算机,都可以看到MIPS CPU 的应用MIPS起源于Stanford大学John Hennessy教授的研究成果。
Hennessy于1984年在硅谷创立了MIPS公司()John L. Hennessy出版了两本著名的教科书:Computer Organization and Design : TheHardware/Software Interface(计算机组成与设计:硬件/软件接口)Computer Architecture : A QuantitativeApproach(计算机体系结构:量化方法)MIPS=Microprocessor without InterlockedPipeline Stages,无互锁流水级的微处理器MIPS的另一个含义是每秒百万条指令——Millions of instructions per secondMIPS体系结构的发展MIPS体系结构经历了以下几代MIPS I——该指令集用于最初的32位处理器,至今仍然很流行,R2000、R3000都是MIPS I的实现MIPS II——MIPS I的升级,最初为R6000定义,失败MIPS III——应用于R4000的64位指令集MIPS IV——MIPS III的升级,应用于R5000和R1000032个通用寄存器可供编程使用:$0~$31,其中$0无论写入什么永远返回0$31被子程序调用指令(“跳转与链接指令”)用来保存返回地址除此以外,所有寄存器都可以在任何指令中以相同方式使用——真正通用通用寄存器的习惯用法和命名寄存器编号助记符用法0zero永远为01at用做汇编器的临时变量2-3v0, v1用于过程调用时返回结果4-7a0-a3用于过程调用时传递参数8-15t0-t7临时寄存器。
可编程控制器(PLC)教程[第1讲]——第一章可编程控制器概况可编程控制器(PROGRAMMABLE CONTROLLER,简称PC)。
与个人计算机的PC相区别,用PLC表示。
PLC是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通讯技术而形成的一代新型工业控制装置,目的是用来取代继电器、执行逻辑、记时、计数等顺序控制功能,建立柔性的程控系统。
国际电工委员会(IEC)颁布了对PLC的规定:可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境下应用而设计。
它采用可编程序的存贮器,用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令,并通过数字的、模拟的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。
可编程序控制器及其有关设备,都应按易于与工业控制系统形成一个整体,易于扩充其功能的原则设计。
PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。
可以预料:在工业控制领域中,PLC控制技术的应用必将形成世界潮流。
PLC程序既有生产厂家的系统程序,又有用户自己开发的应用程序,系统程序提供运行平台,同时,还为PLC程序可靠运行及信息与信息转换进行必要的公共处理。
用户程序由用户按控制要求设计。
可编程控制器(PLC)教程[第2讲]——第二章PLC的结构及基本配置作者:劉偉般讲,PLC分为箱体式和模块式两种。
但它们的组成是相同的,对箱体式PLC,有一块CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等,当然按CPU性能分成若干型号,并按I/O 点数又有若干规格。
对模块式PLC,有CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架。
无任哪种结构类型的PLC,都属于总线式开放型结构,其I/O能力可按用户需要进行扩展与组合。
PLC的基本结构框图如下:一、CPU的构成PLC中的CPU是PLC的核心,起神经中枢的作用,每台PLC至少有一个CPU,它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据,用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据,并存入规定的寄存器中,同时,诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。
大学计算机系统结构教案一、教学目标本课程旨在介绍计算机系统的基本结构,教授基本的计算机组成原理和设计方法,帮助学生掌握计算机体系结构的基本知识,提高学生计算机系统结构的实际应用能力,为学生深入了解计算机体系结构理论奠定基础。
二、教学内容1. 计算机结构基本概念2. 计算机指令系统3. CPU结构4. 存储器结构5. 输入输出系统6. 总线结构三、教学方法1. 经验传授2. 实例分析3. 讨论互动4. 实验演示四、教学要求1. 学生要认真听讲,积极思考2. 学生要参与实验,掌握实际操作技能3. 学生要理解计算机结构的基本理论五、考核方式1. 平时考核占40%,包括参与讨论、实验操作、实验报告等方面。
2. 期末考核占60%,考试形式为笔试,重点考核学生的理论掌握能力。
六、教学内容详细介绍1. 计算机结构基本概念本课程将首先介绍计算机体系结构的概念,分析不同的计算机组成部分,包括 CPU、存储系统、输入输出系统和总线结构等。
教学目标:了解计算机体系结构的各个模块,明确不同模块的相互作用关系。
2. 计算机指令系统计算机指令系统是计算机系统结构的核心,本课程将介绍指令系统的设计原则,包括指令的分类、寻址方式、指令格式和指令周期等。
通过实例分析和计算器实验,学生将深入了解指令系统的设计原则,并掌握指令集的设计方法。
3. CPU结构CPU是计算机系统的中央处理器,本课程将介绍CPU的基本结构和功能,包括寄存器文件、运算器、控制器和时钟等。
学生将结合实验操作,了解各种CPU件的构成和相互作用,掌握CPU的基本设计概念和方法。
4. 存储器结构存储器是计算机系统的重要组件之一,本课程将介绍存储器的基本结构和分类,包括主存储器、辅助存储器,以及各种存储器的访问方式和特点。
通过实例分析和实验操作,学生将了解各种存储器的使用和设计方法。
5. 输入输出系统输入输出系统是计算机系统和外部世界的接口,本课程将介绍输入输出系统的基本结构,包括输入输出设备、控制器和驱动程序等。
第1讲计算机系统概论一、填空题1.计算机系统的层次结构中,位于硬件系统之外的所有层次统称为___虚拟机___。
2.现在主要采用____总线_结构作为计算机硬件之间的连接方式。
3.在下图中填入计算机硬件系统基本组成部件的名称。
A:____运算器_B:____控制器_C:____存储器__D:____输入设备__E:____输出设备__4.以80386微处理器为CPU的微机是_32_的微计算机,486微机是_32_位的微计算机。
5.___JPEG__标准用于静态图像压缩,___MPEG__标准用于运动视频图像的压缩。
二、选择题1.至今为止,计算机中的所有信息仍以二进制方式表示,其理由是_____。
A)节约元件B)运算速度快C)物理器件性能决定D)信息处理方便2.操作系统最早出现在_____。
A)第1代计算机B)第2代计算机C)第3代计算机D)第4代计算机3.主机中能对指令进行译码的部件是_____。
A)ALU B)运算器C)控制器D)存储器4.微型计算机的发展以_____技术为标志。
A)操作系统B)微处理器C)磁盘D)软件5.邮局对信件进行自动分拣,使用的计算机技术是_____。
A)机器翻译B)自然语言理解C)机器证明D)模式识别第2讲数据的表示和运算一、填空题1.若[X]补=1000,则X= ____-8______。
2.设机器字长为8位,-1的补码用定点整数表示时为_____11111111_____,用定点小数表示时为___1.0000000___。
3.8位二进制补码所能表示的十进制整数范围是_____-27_____至____+27-1_____,前者的二进制补码表示为___10000000__,后者的二进制补码表示为___01111111_______。
4.8位定点小数表示中,机器数10000000采用1位符号位,当它是原码形式、补码形式和反码形式时,其对应的真值分别为__________、__________和__________。
计算机组成心得7篇通过心得体会,我们能够更深入地理解问题的本质和解决方法,写好一篇心得体会需要经过实践的检验和反思来不断完善,下面是作者为您分享的计算机组成心得7篇,感谢您的参阅。
计算机组成心得篇1进入了大二的最后一个学期,本学期都是专业课程,对专业知识的要求也有了提高。
本学期学习了《计算机组成原理》让我对计算机系统的组成和工作原理有了较深的理解与感受,也让我对计算机有了一个崭新体会与理解。
计算机组成原理》是计算机专业一门核心专业基础课,在专业课程内有着非常重要的作用,对于要学习计算机专业的学生来说是一门非常重要的课程,这门课程要求我们通过基础知识的学习,简化问题,理解模型机的工作过程,从而建立计算机系统、计算机整机运行原理的概念,而且计算机的组成及运行原理的基本思想已经渗透到由计算机衍生出来的许多领域,而且我们要想真正理解软件,就必须理解硬件,软件和硬件共存于计算机系统中。
首先计算机组成原理的第一章是计算机概论。
计算机是由硬件和软件组成的,计算机的硬件包括运算器,存储器,控制器,适配器,输入输出设备等。
软件也是计算机系统结构的重要组成部分,也是计算机不同于一般电子设备的重要根源所在。
计算机系统是一个由硬件和软件组成的多层次结构。
而第二章是计算机中的数据表示。
我们在这章中要理解计算机中的各种进位计数制,并且必须掌握二进制与十进制之间的转换方法,这是一项学好这门课必须掌握的,接下来要理解数的原码、补码、和反码的概念,还要理解定点数、浮点数的概念和表示方法,掌握数据校验码的原理。
第三章是运算方法和运算器。
尽管有些计算比较麻烦,但是我知道这些是学习这门课的基础。
以及相关的指令系统和处理器等的工作原理。
使我在概论和数据表示的基础上对计算机组成原理有了更深一步的了解。
第四章是指令系统。
这章我们需要了解指令系统的基本概念、要求,并要理解指令的含义,要求我们掌握指令的编码格式、字长和扩展方法,还有几种常用的寻址方式和理解指令的一些基本的执行方式。
ARM指令集讲解ARM指令和指令系统:指令是指示计算机某种操作的命令,指令的集合称为指令系统。
指令系统的功能强弱很大程度上决定了这类计算机智能的高低,它集中地反应了微处理器的硬件功能和属性。
ARM指令在机器中的表示格式是用32位的二进制数表示。
如ARM中有一条指令为ADDEQS R0,R1,#8;其二进制代码形式为:31~28 | 27~25 | 24~21 | 20 | 19~16 | 15~12 | 11~0 0000 | 001 | 0100 | 1 | 0001 | 0000 | 0000 0000 1000cond | opcode | Rn | Rd | Op2ARM指令格式一般如下:{}{s},{,}格式中< >的内容是必不可少的,{ }中的内容可忽略表示操作码。
如ADD表示算术加法{} 表示指令执行的条件域。
如EQ、NE等,缺省为AL。
{S} 决定指令的执行结果是否影响CPSR的值,使用该后缀则指令执行结果影响CPSR的值,否则不影响表示目的寄存器表示第一个操作数,为寄存器表示第二个操作数,可以是立即数。
寄存器和寄存器移位操作数ARM指令后缀:S、!S后缀:指令中使用S后缀时,指令执行后程序状态寄存器的条件标志位将被刷新,不使用S后缀时,指令执行后程序状态寄存器的条件标志将不会发生变化。
S后缀常用于对条件进行测试,如是否有溢出,是否进位等,根据这些变化,就可以进行一些判断,如是否大于,相等,从而影响指令执行的顺序。
!后缀:如果指令地址表达式中不含!后缀,则基址寄存器中的地址值不会发生变化。
加上此后缀后,基址寄存器中的值(指令执行后)= 指令执行前的值+ 地址偏移量(1)!后缀必须紧跟在地址表达式后面,而地址表达式要有明确的地址偏移量(2)!后缀不能用于R15(PC)的后面(3)当用在单个地址寄存器后面时,必须确信这个寄存器有隐性的偏移量,例如“STMDB R1!,{R3,R5,R7}”。