第二节 操作数类型和操作类型

《计算机组成原理》唐朔飞第⼆版_笔记第1章概论1，计算机系统的软硬件概念1）硬件：计算机的实体部分，它由看得见摸得着的各种电⼦元器件，各类光、电、机设备的实物组成，如主机、外部设备等。

2）软件：由⼈们事先编制的具有各类特殊功能的程序组成，分为系统软件和应⽤软件。

①系统软件⼜称为系统程序，主要⽤来管理整个计算机系统，监视服务，使系统资源得到合理的调度，⾼效运⾏。

它包括：标准程序库、语⾔处理程序（编译程序）、操作系统、、服务程序（如诊断、调试、连接程序）、数据库管理系统、⽹络软件等。

②应⽤软件⼜称应⽤程序，它是⽤户根据任务需要所编制的各种程序，如科学计算程序、数据处理程序、过程控制程序、实物管理程序。

2、计算机系统的层次结构：1）硬联逻辑级：第零级是硬联逻辑级，这是计算机的内核，由门，触发器等逻辑电路组成。

2）微程序级：第⼀级是微程序级。

这级的机器语⾔是微指令集，程序员⽤微指令编写的微程序，⼀般是直接由硬件执⾏的。

3）传统机器级：第⼆级是传统机器级，这级的机器语⾔是该机的指令集，程序员⽤机器指令编写的程序可以由微程序进⾏解释。

操作4）系统级：第三级是操作系统级，从操作系统的基本功能来看，⼀⽅⾯它要直接管理传统机器中的软硬件资源，另⼀⽅⾯它⼜是传统机器的延伸。

5）汇编语⾔级：第四级是汇编语⾔级，这级的机器语⾔是汇编语⾔，完成汇编语⾔翻译的程序叫做汇编程序。

6）⾼级语⾔级：第五级是⾼级语⾔级，这级的机器语⾔就是各种⾼级语⾔，通常⽤编译程序来完成⾼级语⾔翻译的⼯作。

7）应⽤语⾔级：第六级是应⽤语⾔级，这⼀级是为了使计算机满⾜某种⽤途⽽专门设计的，因此这⼀级语⾔就是各种⾯向问题的应⽤语⾔。

把计算机系统按功能分为多级层次结构，就是有利于正确理解计算机系统的⼯作过程，明确软件，硬件在计算机系统中的地位和作⽤。

3、计算机组成和计算机体系结构1）计算机体系结构：是指那些能够被程序员所见到的计算机系统的属性，即概念性的结构与功能特性。

第二章数据和表达式目录第一节基本语法元素第二节基本数据类型第三节表达式01 基本语法元素1.空白在java程序中，换行符及回车符都可以表示一行的结束，它们可被看作是空白，另外空格键，水平定位键（Tab）亦是空白，编译器会忽略多余的空白。

2.注释（1）单行注释：//一行内的注释（2）多行注释：/*一行或多行注释*/（3）文档注释:/**文档注释*/3.语句、分号和块语句是Java程序的最小执行单位，程序的各语句间以分号“；”分隔。

一个语句可以写在连续的若干行内。

大括号“{”和“}”包含的一系列语句称为块语句，简称块。

语句块可以嵌套，即语句块中可以含有子语句块；关键字Java语言定义了许多关键字，关键字也称为保留字，他们都有各自的特殊意义和用途。

*标红的为预留关键字，尚未使用标识符1.标识符是由字母、数字、下划线（_）或美元符（$）组成的字符串，其中数字不能作为标识符的开头。

2.标识符区分大小写，长度没有限制。

3.标识符中不能含有其他符号，例如+、=、*、及%等，当然也不允许插入空白。

4.标识符可用作变量名、方法名、接口名和类名。

5.Java源代码采用的是Unicode码，用16位无符号二进制数表示一个字符，Unicode字符集中的字符数可达65535个，汉字也是字符，所以也可以出现在标识符中，例如“这是一个标识符”也是一个正确的标识符。

Java编程风格编写程序时应该注重自己的编程风格，增加必要的注释和空格，采用缩进格式。

定义的各种标识符也要遵从惯例注意大小写。

程序中尽量不使用没有含义的标识符。

最好能望名知义，例如，变量用于计数，可将它命名为counter；用变量保存税率，可将它命名为taxRate。

·类名或接口名：多为名词，含有大小写，每个单词的首字母大写如HelloWorld、Customer、SortClass 等。

·方法名：多是动词，含有大小写，首字母小写，其余各单词的首字母大写。

operation计算机术语操作（operation）是计算机术语中的一个关键概念。

它指的是计算机执行的特定任务或指令。

操作可以包括各种各样的活动，例如数据输入、处理、输出和存储。

在计算机中，所有的操作都是由计算机指令进行控制和执行的。

操作可以分为多个类型，包括算术操作、逻辑操作、控制操作和输入/输出操作等。

下面将详细介绍这些类型的操作：1.算术操作：算术操作是执行数学运算的操作，例如加法、减法、乘法和除法。

计算机中的算术运算器可以执行各种算术操作，使得计算机能够进行数值计算。

2.逻辑操作：逻辑操作是执行逻辑运算的操作。

逻辑运算包括与、或、非等操作，用于处理布尔值。

逻辑操作在计算机中经常用于判断和决策。

3.控制操作：控制操作是控制计算机执行流程的操作。

它包括条件控制和循环控制。

条件控制用于根据特定条件选择执行不同的操作，而循环控制用于多次重复执行相同的操作。

4.输入/输出操作：输入/输出操作用于计算机与外部设备之间的数据交换。

计算机通过输入操作接收外部设备的数据，通过输出操作将数据发送给外部设备。

常见的输入/输出操作包括从键盘输入数据和向显示器输出图像等。

操作可以使用不同的方式来指定和执行。

最常用的方式是使用计算机指令。

计算机指令是一组规定计算机执行操作的命令，它们可以以不同的形式表示，例如机器代码、汇编语言和高级语言等。

机器代码是计算机可以直接执行的二进制代码。

它由0和1表示，每个指令和操作数都有特定的编码。

汇编语言是一种更加人类可读的低级语言，它使用符号和助记符来表示机器指令。

汇编语言程序可以通过汇编器转换成机器代码。

高级语言是一种更抽象和易于理解的编程语言，例如C、Java和Python等。

高级语言使用更自然的语法和更高级的概念来描述操作，而不需要直接处理底层的二进制代码。

高级语言程序可以通过编译器或解释器转换成机器代码。

操作还可以根据指令的执行频率分为单周期操作和多周期操作。

单周期操作每个指令只需要一个时钟周期来执行，执行期间所有的操作都在同一个时钟周期内完成。

《计算机组成原理》课程教学标准课程名称：计算机组成原理_________所属院部：工学院____________制定教师： _____________主讲教师： ______________制定时间：年___________课程整体教学标准一、课程基本信息二、课程定位本课程是计算机科学与技术专业的一门学科基础必修课，是计算机硬件系列课程的重要先修基础。

通过学习本课程，掌握计算机系统各部件的组成以及内部运行原理，为学习其它计算机专业课程打下一个良好的基础。

三、课程目标（一）总体目标本课程的理论教学主要从计算机系统概论、总线系统、存储系统、输入输出系统、运算方法、指令系统、中央处理器、控制系统等几个方面讲解计算机的基本组成、基本原理和基本的设计方法，培养学生在硬件系统的分析、开发、使用和维护方面的能力，使学生建立比较清晰的整机概念。

（二）能力目标通过本课程的学习，使学生能够根据模型机的原理进行分析各部件的组成，掌握工作原理；培养学生硬件开发能力，使用和维护计算机相关硬件。

（三）知识目标本课程要求学生掌握数字化信息编码及运算方法，运算器的逻辑构成；熟悉半导体存储器、磁表面存储器基本原理，掌握存储体系构成；掌握寻址和指令系统；熟悉中央处理器组成、时序控制方法；熟悉系统总线和I/O系统。

（四）素质目标1、通过对计算机各部件的组成以及内部运行原理的学习，提高学生的逻辑思维能力。

2、通过对硬件系统原理的学习，提高学生实际动手能力。

四、课程的知识理论五、能力训练项目六、项目情境设计七、首次课及结课设计首次课设计：1、介绍本门课在专业课程中的地位和作用。

2、以微机启动过程为例，简要介绍微机各组成部分。

3、介绍本课程的主要内容以及学习方法。

结课设计：1、梳理本课程的主要知识点。

2、总结教学过程中存在的不足。

八、考核方案本门课程的考核方式可以采取形成性考核和终结性考核相结合，理论考核和实践考核相结合的方式。

形成性考核考核学生在平时学习过程中的态度，项目完成的程度等，成绩占总成绩的40%。

第1章计算机系统结构的基本概念1.1 解释下列术语层次机构: 按照计算机语言从低级到高级的次序, 把计算机系统按功能划分成多级层次结构, 每一层以一种不同的语言为特征。

这些层次依次为: 微程序机器级, 传统机器语言机器级, 汇编语言机器级, 高级语言机器级, 应用语言机器级等。

虚拟机: 用软件实现的机器。

翻译: 先用转换程序把高一级机器上的程序转换为低一级机器上等效的程序, 然后再在这低一级机器上运行, 实现程序的功能。

解释: 对于高一级机器上的程序中的每一条语句或指令, 都是转去执行低一级机器上的一段等效程序。

执行完后, 再去高一级机器取下一条语句或指令, 再进行解释执行, 如此反复, 直到解释执行完整个程序。

计算机系统结构: 传统机器程序员所看到的计算机属性, 即概念性结构与功能特性。

在计算机技术中, 把这种本来存在的事物或属性, 但从某种角度看又好像不存在的概念称为透明性。

计算机组成: 计算机系统结构的逻辑实现, 包含物理机器级中的数据流和控制流的组成以及逻辑设计等。

计算机实现: 计算机组成的物理实现, 包括处理机、主存等部件的物理结构, 器件的集成度和速度, 模块、插件、底板的划分与连接, 信号传输, 电源、冷却及整机装配技术等。

系统加速比: 对系统中某部分进行改进时, 改进后系统性能提高的倍数。

Amdahl定律: 当对一个系统中的某个部件进行改进后, 所能获得的整个系统性能的提高, 受限于该部件的执行时间占总执行时间的百分比。

程序的局部性原理: 程序执行时所访问的存储器地址不是随机分布的, 而是相对地簇聚。

包括时间局部性和空间局部性。

CPI: 每条指令执行的平均时钟周期数。

测试程序套件: 由各种不同的真实应用程序构成的一组测试程序, 用来测试计算机在各个方面的处理性能。

存储程序计算机: 冯·诺依曼结构计算机。

其基本点是指令驱动。

程序预先存放在计算机存储器中, 机器一旦启动, 就能按照程序指定的逻辑顺序执行这些程序, 自动完成由程序所描述的处理工作。

计算机组成原理教学大纲本门课程的教学目标和要求：计算机组成原理是计算机科学与技术专业的一门核心专业基础课..通过本课程的学习;使学生掌握计算机系统的基本组成、计算机中数据的表示方法、计算机各硬件部件的功能和工作原理等;为学生学习计算机专业课打下坚实的基础..要求学生：1.从总体上了解计算机硬件、软件、计算机主要部件的基本概念；2.掌握计算机中各种数据的表示方法；3.掌握运算器的功能、组成和工作原理；4.掌握广泛使用的各类半导体存储器的工作原理和特性、主存储器系统的设计、多级存储器层次结构；5.掌握CPU的组成、CPU各个部件在计算机运行过程中的作用、如何实现各条指令的功能；6.掌握指令的格式、常见的寻址方式和指令的主要类型；7.掌握总线的概念、特性和几种常用的总线标准；8.掌握几种基本的信息交换方式和常用的外围设备的工作原理..教学重点和难点：本课程重点是：运算方法和运算器、存储系统、中央处理器..本课程难点是：存储系统和中央处理器..教学对象：计算机科学与技术专业本科大学生..教学方式：采用多媒体教学..教学时数：60学时..教学具体内容及学时分配：第一章概论2学时教学目标和要求：通过学习本章;使学生了解计算机硬件、软件的概念和计算机的基本组成;从总体上认识计算机..要求学生：1.了解计算机的分类和应用领域；2.了解计算机硬件的概念和基本组成；3.了解计算机层次结构..教学重点和难点：本章重点：计算机硬件、软件的概念和计算机的基本组成..无难点..教学方式：课堂讲授2学时..第一节计算机系统简介0.5学时一、计算机系统简介计算机软件、硬件概念..二、计算机层次结构将计算机的层次结构..第二节计算机的基本组成1学时一、数字计算机的硬件组成介绍数字计算机的基本组成..二、计算机的工作步骤介绍数字计算机的工作步骤..第三节计算机硬件的主要技术指标0.5学时计算机硬件的主要技术指标..复习与思考题：1.数字计算机如何分类2.数字计算机主要应用有哪些3.数字计算机的主要组成部分有哪些4.计算机的系统软件包括哪几类第二章总线系统2学时教学目标和要求：通过学习本章;使学生掌握总线的概念和基本技术;掌握当前流行的PCI总线的结构..要求学生：1.掌握总线的特性和性能指标；2.掌握单机系统中总线结构的基本类型；3.掌握总线传送信息的方式；教学重点和难点：本章重点：1.总线的特性和性能指标；2.总线的仲裁方式和定时方式；本章难点：总线的仲裁方式和定时方式..教学方式：课堂讲授2学时..第一节总线的概念1学时一、总线的基本概念介绍总线的特性和总线带宽..二、总线的连接方式介绍单机系统总线结构的三种类型..三、总线结构对计算机系统性能的影响介绍总线结构对计算机的最大存储容量、指令系统和吞吐量的影响..第二节总线分类1学时介绍片内总线、系统总线、通信总线..复习与思考题：1.总线的特性有哪些如何计算总线带宽2.片内总线、系统总线、通信总线区别..第三章运算方法和运算器16学时教学目标和要求：通过学习本章;使学生掌握各种数据、字符在计算机中的表示方法;掌握运算器的功能、组成和工作原理..要求学生：1.掌握定点数、浮点数、字符和汉字的表示方法;数的机器码表示；2.掌握定点加、减法运算、定点乘除法运算、浮点加、减法运算的实现方法；3.掌握定点运算器、浮点运算器的基本结构和工作原理..教学重点和难点：本章重点：1.定点数、浮点数的表示方法、数的机器码表示；2.定点加减法运算、定点乘除法运算、浮点加减法运算；3.定点运算器..本章难点：定点乘除法运算、浮点加减法运算..教学方式：课堂讲授14学时;习题课2学时..第一节无符号数和有符号数1学时一、无符号数介绍无符号数表示法二、有符号数介绍无符号数表示法第二节数的定点表示和浮点表示2学时一、数的定点表示介绍数的定点表示..二、数的浮点表示介绍数的浮点表示..第三节定点运算8学时一、补码加法介绍补码加法公式..二、补码减法介绍补码减法公式..三、溢出概念与检测方法介绍溢出的概念、溢出的两种检测方法：双符号位法和单符号位法..四、基本的二进制加法/减法器介绍行波进位的补码加法/减法器..五、原码乘法介绍原码乘法运算过程..六、原码除法介绍原码除法运算过程..第四节浮点四则运算2学时一、浮点加法、减法运算介绍浮点加、减法运算的操作过程..二、浮点乘法、除法运算介绍浮点乘法、除法运算规则和浮点乘、除法运算步骤..第五节算术逻辑单元1学时一、逻辑运算介绍逻辑非运算、逻辑加运算、逻辑乘运算和逻辑异或运算..二、多功能算术/逻辑运算单元介绍多功能算术/逻辑运算单元ALU的基本思想、逻辑表达式;还介绍了ALU芯片74181和先行进位发生器74182的逻辑电路..复习与思考题：1.已知一个数的原码;如何求它的补码2.试说明乘法器原理..3.试说明不恢复余数阵列除法器的工作原理..4.试说明多功能算术/逻辑运算单元的基本思想..5.试说明浮点加、减法运算的操作过程..第四章存储系统10学时教学目标和要求：通过学习本章;使学生掌握各类半导体存储器的工作原理和特性、主存储器容量的扩充方法、多级存储器的层次结构..要求学生：1.掌握主存储器的主要技术指标；2.掌握静态MOS存储器、SRAM的结构和工作原理；3.掌握动态MOS存储器;EPROM的工作原理；4.掌握SRAM、EPROM与CPU连接的方法；5.掌握Cache的工作原理、主存与Cache的地址映射方式；教学重点遇难点：本章重点：1.各类半导体存储器的工作原理；2.主存储器容量的扩充方法；3.虚拟存储器；4.多级存储器的层次结构..本章难点：1.主存储器容量的扩充方法；2.虚拟存储器..教学方式：课堂讲授8学时;习题课2学时..第一节存储器概述1学时一、存储器分类介绍存储器的作用和存储器的五种分类方法..二、存储器的分级结构介绍多级存储系统的层次结构和每级存储器的职能..三、主存储器的技术指标介绍主存储器的主要技术指标..第二节主存储器4学时一、SRAM存储器主要介绍SRAM存储器的原理、SRAM存储器的结构、SRAM存储器芯片与CPU的连接方式..二、DRAM存储器介绍DRAM存储元的工作原理、DRAM存储器芯片和DRAM的刷新..三、主存储器与CPU的连接第三节Cache存储器2学时一、Cache基本原理介绍Cache的功能、工作原理、Cache的命中率..二、主存与Cache的地址映射介绍三种映射方式：全相联映射、直接映射和组相联映射..三、替换策略介绍常用的三种替换算法..四、Cache的写操作策略介绍三种写操作策略..五、奔腾PC机的Cache奔腾PC机采用两极Cache结构;集成在CPU内的是一级Cache;安装在主板上的是二级Cache..第四节辅助存储器1学时一、硬盘的原理介绍硬盘的储存原理..复习与思考题：1.在设计主存储器时;如何将存储器芯片与CPU连接2.在三级存储器体系结构中;各级存储器的职能是什么3.主存与Cache的地址映射方式有那三种4.试说明段页式虚拟存储器地址变换过程..第五章指令系统7学时教学目标和要求：通过学习本章;使学生掌握指令的格式、地址码的结构、指令和数据的寻址方式、指令的类型;为下一章分析CPU的组织打下基础..要求学生：1.掌握指令的格式和地址码的结构；2.掌握指令和数据的寻址方式；3.掌握堆栈的概念和两种堆栈的结构；4.掌握指令的分类；5.掌握精简指令系统的特点..教学重点和难点：本章重点：指令的格式、地址码的结构和寻址方式..本章无难点..教学方式：课堂讲授6学时;习题课1学时..第一节机器指令0.5学时一、机器指令格式介绍机器指令格式..二、机器指令字长介绍机器指令字长..第二节操作数类型和操作类型1.5学时一、操作数类型二、操作类型第三节指令和数据的寻址方式3学时一、指令的寻址方式指令的寻址方式有两种：一种是顺序寻址方式;另一种是跳跃寻址方式..二、操作数的寻址方式介绍了九种寻址方式..三、寻址方式举例第四节RISC和CISC1学时一、RISC介绍介绍RISC概念..二、CISC介绍介绍CISC概念..复习与思考题：1.试说明指令操作码、地址码的功能和地址码的结构..2.试说明操作数的寻址方式有哪几种..3.试说明存储器堆栈进栈和出栈的操作过程..第六章中央处理器23学时教学目标和要求：通过学习本章;使学生掌握CPU的功能和逻辑组成;从指令流程和微操作命令序列这两个层次上懂得计算机是如何工作的..要求学生：1.掌握CPU的功能和基本组成；2.掌握指令的执行过程；3.掌握微程序控制器的工作原理；4.掌握机器指令与微指令的关系；5.掌握微程序设计技术..教学重点和难点：本章重点：CPU的功能和基本组成；微程序控制器的工作原理；微程序设计技术..本章难点：微程序设计技术..教学方式：课堂讲授19学时;习题课4学时..第一节CPU的功能和结构2学时一、CPU的功能介绍CPU四个方面的功能..二、CPU的基本组成介绍控制器、运算器的组成和功能..三、CPU中的主要寄存器介绍CPU中六类寄存器的作用..四、操作控制器与时序产生器操作控制器有三种类型;其作用是在各寄存器之间建立数据通路；时序产生器的作用是对各种操作实施时间上的控制..第二节指令周期2学时一、指令周期的基本概念介绍指令周期的概念和指令周期、CPU周期、时钟周期三者之间的关系..二、CLA指令的指令周期CLA是一条非访内指令;分析这条指令的执行过程..三、ADD指令的指令周期ADD是一条访内存指令;分析这条指令的执行过程..四、STA指令的指令周期STA是一条访问内存的存数指令;分析这条指令的执行过程..五、NOP指令和JMP指令的指令周期分析NOP指令和JMP指令的执行过程..六、用方框图语言表示指令周期介绍如何用方框图语言来表示机器指令的周期..第三节指令流水2学时一、指令流水原理二、影响流水线性能因素第四节中断系统2学时中断系统工作过程..第五节控制单元的功能4学时一、微操作命令的分析介绍取指令周期、间址周期、执行周期、中断周期二、控制单元的功能介绍控制单元特性、控制方式..第六节控制单元的设计5学时一、微程序设计思想二、微程序控制单元工作原理三、微指令的编码方式四、微指令格式微指令格式大体上分为两类：水平型微指令和垂直型微指令..介绍了每种微指令的格式..第七节控制单元的设计举例2学时微程序设计举例..复习与思考题：1.试说明CPU的功能和基本组成..2.试说明微命令、微操作、微指令和微程序的概念..3.微程序控制器由哪三部分组成每部分的作用是什么4.试说明机器指令与微指令的关系..5.微命令编码有哪几种方法参考文献：1.王爱英;计算机组成与结构;第二版;清华大学出版社;19962.俸远祯;计算机组成原理;修订本;电子工业出版社;19973.王诚等;计算机组成与设计;第二版;清华大学出版社;2004。

第一章计算机系统概论理解：计算机软硬件概念；P31.所谓“硬件”，是指计算机的实体部分，它由看得见摸得着的各种电子元器件，各类光、电、机设备的实物组成，如主机、外部设备等。

2.所谓“软件”，它看不见摸不着，由人们事先编制的各种具有各类特殊功能的程序组成。

理解：计算机系统的层次结构；掌握：计算机的基本组成；冯·诺依曼计算机的特点；1.计算机组成是指如何实现计算机体系结构所体现的属性，它包含了许多对程序员来说是透明的硬件细节。

P72.冯诺依曼计算机的特点P8（1）计算机由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五大部件组成。

（2）指令和数据均用二进制数表示。

（3）指令由操作码和地址码组成，操作码用来表示操作的性质，地址码用来表示操作数在存储器中的位置。

（4）指令在存储器内按顺序存放。

通常，指令是顺序执行的，在特定条件下，可根据运算结果或根据设定的条件改变执行顺序。

（5）机器以运算器为中心，输入输出设备与存储器间的数据传送通过运算器完成。

掌握：高级语言、汇编语言、机器语言各自的特点1.高级语言：这类语言对问题的描述十分接近人们的习惯，并且还具有较强的通用性。

2.汇编语言：用符号表示操作，并用符号表示指令或数据所在存储单元的地址，使程序员可以不再使用繁杂而又易错的二进制代码来编写程序。

3.机器语言：用户必须用二进制代码来编写程序。

要求程序员对他们所使用的计算机硬件及其指令系统十分熟悉，编写程序难度很大，操作过程也极容易出错。

掌握：计算机的硬件框图及工作过程；掌握：计算机硬件的主要技术指标。

1.机器字长：指CPU一次能处理的数据的位数，通常与CPU的寄存器位数有关。

2.存储容量=存储单元个数X存储字长。

3.运算速度：第二章计算机的发展及应用了解：计算机的产生、发展及应用1.电子管计算机、晶体管计算机、集成电路计算机、大规模和超大规模集成电路计算机。

掌握：摩尔定律及其应用范围第三章系统总线12（选择、填空）理解：总线的基本概念；总线上信息的传送（点对点传输、广播传输、串行传输、并行传输）1.总线：是连接多个部件的信息传输线，是各部件共享的传输介质。