第二章2 指令系统

摩尔定律：对集成电路上可容纳的晶体管数目、性能和价格等发展趋势的预测，其主要内容是：成集电路上可容纳的晶体管数量每18个月翻一番，性能将提高一倍，而其价格将降低一半。

主存: 计算机中存放正在运行的程序和数据的存储器，为计算机的主要工作存储器，可随机存取。

控制器：计算机的指挥中心，它使计算机各部件自动协调地工作。

时钟周期：时钟周期是时钟频率的倒数，也称为节拍周期或T周期，是处理操作最基本的时间单位。

多核处理器：多核处理器是指在一枚处理器中集成两个或多个完整的计算引擎(内核)。

字长：运算器一次运算处理的二进制位数。

存储容量: 存储器中可存二进制信息的总量。

CPI：指执行每条指令所需要的平均时钟周期数。

MIPS：用每秒钟执行完成的指令数量作为衡量计算机性能的一个指标，该指标以每秒钟完成的百万指令数作为单位。

CPU时间：计算某个任务时CPU实际消耗的时间，也即CPU真正花费在某程序上的时间。

计算机系统的层次结构：计算机系统的层次结构由多级构成，一般分成5级，由低到高分别是：微程序设计级，机器语言级，操作系统级，汇编语言级，高级语言级。

基准测试程序：把应用程序中使用频度最高的那那些核心程序作为评价计算机性能的标准程序。

软/硬件功能的等价性：从逻辑功能的角度来看，硬件和软件在完成某项功能上是相同的，称为软/硬件功能是等价的，如浮点运算既可以由软件实现，也可以由专门的硬件实现。

固件：是一种软件的固化，其目的是为了加快软件的执行速度。

可靠性：可靠性是指系统或产品在规定的条件和规定的时间内，完成规定功能的能力。

产品可靠性定义的要素是三个“规定”：“规定条件”、“规定时间”和“规定功能”。

MTTF：平均无故障时间，指系统自使用以来到第一次出故障的时间间隔的期望值。

MTTR：系统的平均修复时间。

MTBF：平均故障间隔时间，指相邻两次故障之间的平均工作时间。

可用性：指系统在任意时刻可使用的概率，可根据MTTF、MTTR和MTBF等指标计算处系统的可用性。

第二章数据表示与指令系统1.数据构造和机器的数据表示之间是什么关系？确立和引入数据表示的基来源则是什么？答：数据表示是能由硬件直接辨别和引用的数据种类。

数据构造反应各样数据元素或信息单元之间的构造关系。

数据构造要经过软件映象变换成机器所拥有的各样数据表示实现，所以数据表示是数据构造的构成元素。

不一样的数据表示可为数据构造的实现提供不一样的支持，表此刻实现效率和方便性不一样。

数据表示和数据构造是软件、硬件的交界面。

除基本数据表示不可以少外，高级数据表示的引入依照以下原则：（1）看系统的效率有否提升，能否养活了实现时间和储存空间。

（2）看引入这类数据表示后，其通用性和利用率能否高。

2.标记符数据表示与描绘符数据表示有何差异？描绘符数据表示与向量数据表示对向量数据构造所供给的支拥有什么不一样？答：标记符数据表示与描绘符数据表示的差异是标记符与每个数据相连，合存于同一储存单元，描绘单个数据的种类特征 ; 描绘符是与数据分开寄存，用于描绘向量、数组等成块数据的特色。

描绘符数据表示为向量、数组的的实现供给了支持，有益于简化高级语言程序编译中的代码生成，能够比变址法更快地形成数据元素的地点。

但负阶，最小为 0)最大阶(2^p-1)最小尾数值(rm^(-1))最大尾数值(1-rm^(-m'))可表示的最小值可表示的最大值阶的个数(2^p)可表示的尾数的个数可表示的规格化数的个数note:2^6-12^6-12^6-11/21/81/161-2^(-48)1-8^(-16) ，即(1-2^(-48)) 1-16^(-12)，即(1-2^(-48))1/21/81/162^63*(1-2^(-48))8^63*(1-8^(-16))16^63*(1-16^(-12))2^62^62^62^48*(2-1)/28^16*(8-1)/816^12*(16-1)/16 2^6*2^48*(2-1)/22^6*8^16*(8-1)/82^6*16^12*(16-1)/16描绘符数据表示其实不支持向量、数组数据构造的高效实现。

第2部分指令系统1、简述下列基本概念：指令、指令系统、机器语言、汇编语言、高级语言。

答：指令：CPU根据人的意图来执行某种操作的命令。

指令系统：一台计算机所能执行的全部指令指令集合。

机器语言：机器语言是用二进制代码0和1表示指令和数据的最原始的程序设计语言。

汇编语言：在汇编语言中，指令用助记符表示，地址、操作数可用标号、符号地址及字符等形式来描述。

高级语言：高级语言是接近于人的自然语言，面向过程而独立于机器的通用语言。

2、什么是计算机指令和指令系统？答：指令：CPU根据人的意图来执行某种操作的命令。

指令系统：一台计算机所能执行的全部指令指令集合。

3、简述89C51汇编指令格式。

答：操作码[目的操纵数]，[原操作数]4、简述89C51的寻址方式和所能涉及的空间。

答：立即数寻址：程序存储器ROM。

直接寻址：片内RAM低128B和特殊功能寄存器。

寄存器寻址：R0～R7，A，B，C，DPTR。

寄存器间接寻址：片内RAM低128B，片外RAM。

变址寻址：程序存储器64KB。

相对寻址：程序存储器256KB范围。

位寻址：片内RAM的20H～2FH字节地址，部分特殊功能寄存器。

5、要访问特殊功能寄存器和片外数据存储器，应采用哪些寻址方式？答：SFR：直接寻址，外寻址；片外RAM：寄存器间接寻址。

6、在89C51片内RAM中，已知（30H）=38H，（38H）=40H，（40H）=48H，（48H）=90H。

请分析下面是什么指令，说明原操作数的寻址方式及按顺序执行后的结果。

答；MOV A，40H 直接寻址MOV R0，A 寄存器寻址MOV P1，#0F0H 立即数寻址MOV @R0，30H 直接寻址MOV DPTR，#3848H 立即数寻址MOV 40H，38H 直接寻址MOV R0，30H 直接寻址MOV P0，R0 寄存器寻址MOV 18H，#30H 立即数寻址MOV A，@R0 寄存器间接寻址MOV P2，P1 直接寻址均为数据传送指令，结果（参见右图）为（18H）=30H，（30H）=38H，（38H）=40H（40H）=40H，（48H）=90HR0=30H，A=40H，P0=38H，P1=F0H，P2=F0H，DPTR=3848H7、对89C51片内RAM高128B的地址空间寻址要注意什么？答：用直接寻址，寄存器寻址，位寻址。

第一章 微型计算机基础题1-1 计算机发展至今，经历了哪几代？答：电子管计算机、晶体管计算机、集成电路计算机、超大规模集成电路计算机、非冯诺伊曼计算机和神经计算机。

题1-2 微机系统由哪几部分组成？微处理器、微机、微机系统的关系是什么？ 答：1、微机系统分硬件和软件，硬件包括CPU、存储器、输入输出设备和输入输出接口，软件包括系统软件和应用软件。

2、微处理器是指微机的核心芯片CPU；微处理器、存储器和输入输出设备组成微机；微机、外部设备和计算机软件组成微机系统。

题1-3 微机的分类方法包括哪几种？各用在什么应用领域中？答：按微处理器的位数，可分为1位、4位、8位、32位和64位机等。

按功能和机构可分为单片机和多片机。

按组装方式可分为单板机和多板机。

单片机在工业过程控制、智能化仪器仪表和家用电器中得到了广泛的应用。

单板机可用于过程控制、各种仪器仪表、机器的单机控制、数据处理等。

题1-4 微处理器有哪几部分组成？各部分的功能是什么？答：微处理器包括运算器、控制器和寄存器三个主要部分。

运算器的功能是完成数据的算术和逻辑运算；控制器的功能是根据指令的要求，对微型计算机各部分发出相应的控制信息，使它们协调工作，从而完成对整个系统的控制；寄存器用来存放经常使用的数据。

题1-5 微处理器的发展经历了哪几代？Pentium系列微处理器采用了哪些先进的技术？答：第一代4位或低档8位微处理器、第二代中高档8位微处理器、第三代16位微处理器、第四代32位微处理器、第五代64位微处理器、第六代64位高档微处理器。

Pentium系列微处理器采用了多项先进的技术，如：RISC技术、超级流水线技术、超标量结构技术、MMX技术、动态分支预测技术、超顺序执行技术、双独立总线DIB技术、一级高速缓冲存储器采用双cache结构、二级高速缓冲存储器达256KB或512KB、支持多微处理器等。

题1-6 何为微处理器的系统总线？有几种？功能是什么？答: 系统总线是传送信息的公共导线，微型计算机各部分之间是用系统总线连接的。

计算机系统结构第2章第⼆章指令系统第⼀节指令系统设计概述⼀、指令系统概述1、指令系统的设计、应⽤及实现(1)指令系统的设计*机器指令：计算机硬件实现的运算或操作的命令；第i 种格式：OP i A 1A 2编码⽰例：00110 000~111 000~111功能⽰例：A 1←(A 1)+(A 2)第j 种格式：OP j A 编码⽰例：10110 000~111功能⽰例：A←(A)+1*指令系统设计：定义所有机器指令的格式(含编码)。

*指令系统：所有机器指令的集合；第1种：第2种：…第n 种：OP 1A 1A 2OP 2A OP n A 1A 2…(2)指令系统的应⽤第i种指令应⽤⽰例a：00110 000 001 功能AH←(AH)+(AL)⽰例b：00110 011 000 功能BL←(BL)+(AH)应⽤程序⽰例：从主存地址为2000H开始的100个元素累加求和机器指令格式机器指令程序汇编程序1011wreg data 1011001001100100 CX←1001011100100000000 00100000LP：BX←2000H1011000000000000 AL←0 0000000w mod reg r/m 0000000100000111AL←AL+[BX] 01000reg 01000001 BX←BX+1 11100010 disp 11100010 11111000 LOOP LP*指令系统应⽤：按指令格式要求，根据应⽤需要、编写程序中的指令(即指令格式的实例)。

(3)指令系统的实现指令功能实现步骤—ID 对IR 的OP 译码，⽤输出信号控制某⼀部件⼯作；ID 对IR 的A 译码，⽤输出信号控制相关REG 的读/写；信号有效时间由时序部件及该指令功能实现步骤决定。

指令操作或运算—部件功能实现及数据传递等的组合。

*指令系统实现：按指令格式要求，⽤硬件实现指令功能。

*设计/应⽤实现三者关系：类似C 语⾔设计、⽤C 语⾔编程、C 语⾔编译及执⾏平台！☆指令系统的实质—软件与硬件之间的界⾯(“约定”)！指令译码器ID I OP A 内部总线CPU ID D 功能部件1功能部件n …寄存器1寄存器m…指令寄存器IR ：……存储总线MAR/MDR2、指令系统涉及内容(1)指令格式包含信息分析第i种指令格式：OP i A1A2②数据：(A1)=OP i⽀持类型的地址为A1的数据①操作：A1←(A1) OP i(A2) 或A 2←(A2) OP i(A1)硬件⽀持的数据类型(含数据长度)可存放数据部件类型、部件的编址⽅式部件中同⼀数据地址的表⽰⽅式(2)涉及内容*指令集结构：指令集总体框架，如存放部件、寄存器数量;*指令集功能：⽀持操作的类型；*数据表⽰：操作⽀持的数据类型、数据存储格式等。

第二章 计算机组成原理2.1 计算机的组成与分类 2.1.1 计算机的发展与作用一、 计算机的发展过去很长时间人们都按照计算机主机所使用的元器件，为计算机划代。

二、计算机的巨大作用1开拓了人类认识自然、改造自然的新资源 2增添了人类发展科学技术的新手段 3提供了人类创造文化的新工具 4引起了人类的工作与生活方式的变化2.1.2 计算机系统的组成● 硬件：计算机系统中所有实际物理装置的总称● 软件：在计算机中运行的各种程序和相关的数据及文档 程序：用来向计算机指出应如何一步步地进行规定的操作 数据：程序处理的对象深入到各行各业，家庭和个人开始使用计算机软件工程、分布式计算、网络软件等开始广泛使用CPU ：LSI 、VLSI 内存：LSI 、VLSI 的半导体存储器20世纪70年代中期以来第4代在科学计算、数据处理、工业控制等领域得到广泛应用操作系统，数据库管理系统等开始使用CPU ：SSI ，MSI 内存：SSI ，MSI 半导体存储器60年代中期～70年代初期第3代开始广泛应用于数据处理领域使用FORTRAN 等高级程序设计语言CPU ：晶体管 内存：磁芯50年代中后期～60年代中期 第2代 科学计算和工程计算使用机器语言和汇编语言编写程序CPU ：电子管 内存：磁鼓20世纪40年代中期～50年代末期 第1代 主要应用 配置的软件 主要元器件 年 代 代 别文档：提供给用于使用的操作说明、技术资料等它们都是软件不可缺少的组成部分计算机硬件组成示意图一、输入设备●输入（input）指把信息（程序，数据，信息）送入计算机的过程（名词）向计算机输入的内容输入设备,用来向计算机输入信息的设备输入到计算机中的信息都使用二进制中的“0”和“1”两个符号来表示输入设备类别●按照输入信息的类型划分●数字和文字输入设备（键盘、写字板等）●位置和命令输入设备（鼠标器、触摸屏等）●图形输入设备（扫描仪，数码相机等）●声音输入设备（话筒，MIDI演奏器等）●视频输入设备（摄像机）●温度、压力输入设备（温度、压力传感器）二、中央处理器CPU●处理器能高速地进行算术运算和逻辑运算，负责对输入信息进行各种处理●微处理器简称μP或MP，通常指使用单片大规模集成电路制成的、具有运算和控制功能的处理器包含运算器和控制器。

第二章可编程序控制器的结构和工作原理2.1 可编程序控制器的组成与基本结构PLC是微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物，从广义上讲，PLC 也是一种计算机系统，只不过它比一般计算机具有更强的与工业过程相连接的输入/输出接口，具有更适用于控制要求的编程语言，具有更适应于工业环境的抗干扰性能。

因此，PLC是一种工业控制用的专用计算机，它的实际组成与一般微型计算机系统基本相同，也是由硬件系统和软件系统两大部分组成。

一、可编程序控制器的硬件系统PLC的硬件系统由主机系统、输入/输出扩展环节及外部设备组成。

1. 主机系统图2.1 PLC结构示意图(1) 微处理器单元(Central Processing Unit，CPU)。

CPU是PLC的核心部分，它包括微处理器和控制接口电路。

微处理器是PLC的运算控制中心，由它实现逻辑运算，协调控制系统内部各部分的工作。

它的运行是按照系统程序所赋予的任务进行的。

(2) 存储器。

存储器是PLC存放系统程序、用户程序和运行数据的单元。

它包括只读存储器(ROM)和随机存取存储器(RAM)。

只读存储器(ROM)在使用过程中只能取出不能存储，而随机存取存储器(RAM)在使用过程中能随时取出和存储。

(3) 输入/输出模块单元。

PLC的对外功能主要是通过各类接口模块的外接线，实现对工业设备和生产过程的检测与控制。

通过各种输入/输出接口模块，PLC既可检测到所需的过程信息，又可将处理结果传送给外部过程，驱动各种执行机构，实现工业生产过程的控制。

通过输入模块单元，PLC能够得到生产过程的各种参数；通过输出模块单元，PLC能够把运算处理的结果送至工业过程现场的执行机构实现控制。

为适应工业过程现场对不同输入/输出信号的匹配要求，PLC配置了各种类型的输入/输出模块单元。

(4) I/O扩展接口。

I/O扩展接口是PLC主机为了扩展输入/输出点数和类型的部件，输入/输出扩展单元、远程输入/输出扩展单元、智能输入/输出单元等都通过它与主机相连。