計(jì)算機(jī)組織與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)PPT課件

1、2022-7-61第1頁(yè)/共63頁(yè)2022-7-622.1 計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)與匯編語(yǔ)言2.1.1 計(jì)算機(jī)指令與匯編語(yǔ)言 計(jì)算機(jī)能直接識(shí)別和運(yùn)行的軟件程序通常由該計(jì)算機(jī)的指令代計(jì)算機(jī)能直接識(shí)別和運(yùn)行的軟件程序通常由該計(jì)算機(jī)的指令代碼組成。計(jì)算機(jī)的指令，就是要計(jì)算機(jī)執(zhí)行某種操作的命令。碼組成。計(jì)算機(jī)的指令，就是要計(jì)算機(jī)執(zhí)行某種操作的命令。 計(jì)算機(jī)的程序，就是人們把需要用計(jì)算機(jī)解決的問(wèn)題變換成計(jì)計(jì)算機(jī)的程序，就是人們把需要用計(jì)算機(jī)解決的問(wèn)題變換成計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的一串指令或語(yǔ)句。一般來(lái)說(shuō)，可以選擇三種同層次算機(jī)能夠識(shí)別的一串指令或語(yǔ)句。一般來(lái)說(shuō)，可以選擇三種同層次的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)程序，即機(jī)器語(yǔ)言、匯編

2、語(yǔ)言和高級(jí)語(yǔ)言。的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)程序，即機(jī)器語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言和高級(jí)語(yǔ)言。 機(jī)器語(yǔ)言是一種用二進(jìn)制符號(hào)表示指令和數(shù)據(jù)，能被機(jī)器直接機(jī)器語(yǔ)言是一種用二進(jìn)制符號(hào)表示指令和數(shù)據(jù)，能被機(jī)器直接識(shí)別的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言。在計(jì)算機(jī)出現(xiàn)的早期，人們都是使用機(jī)器語(yǔ)言識(shí)別的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言。在計(jì)算機(jī)出現(xiàn)的早期，人們都是使用機(jī)器語(yǔ)言編寫(xiě)程序的。它的缺點(diǎn)是不直觀、不易理解和記憶，因此編寫(xiě)、閱編寫(xiě)程序的。它的缺點(diǎn)是不直觀、不易理解和記憶，因此編寫(xiě)、閱讀和修改機(jī)器語(yǔ)言程序比較繁瑣。但機(jī)器語(yǔ)言程序是計(jì)算機(jī)惟一能讀和修改機(jī)器語(yǔ)言程序比較繁瑣。但機(jī)器語(yǔ)言程序是計(jì)算機(jī)惟一能夠直接理解和執(zhí)行的程序，具有執(zhí)行速度快、占用內(nèi)存少等特點(diǎn)。夠直接理解和

3、執(zhí)行的程序，具有執(zhí)行速度快、占用內(nèi)存少等特點(diǎn)。1. 1. 機(jī)器語(yǔ)言（機(jī)器語(yǔ)言（Machine LanguageMachine Language）第2頁(yè)/共63頁(yè)2022-7-63匯編語(yǔ)言是一種采用助記符表示的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，即用助記符來(lái)表匯編語(yǔ)言是一種采用助記符表示的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，即用助記符來(lái)表示指令的操作碼和操作數(shù)，用標(biāo)號(hào)或符號(hào)代表地址、常量或變量。示指令的操作碼和操作數(shù)，用標(biāo)號(hào)或符號(hào)代表地址、常量或變量。助記符一般都是用英文字母的縮寫(xiě)，以方便人們書(shū)寫(xiě)、閱讀和檢查。助記符一般都是用英文字母的縮寫(xiě)，以方便人們書(shū)寫(xiě)、閱讀和檢查。實(shí)際上，用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的匯編語(yǔ)言源程序就是機(jī)器語(yǔ)言程序的符實(shí)際上，用匯

4、編語(yǔ)言編寫(xiě)的匯編語(yǔ)言源程序就是機(jī)器語(yǔ)言程序的符號(hào)表示，匯編語(yǔ)言源程序與其經(jīng)過(guò)匯編所產(chǎn)生的目標(biāo)程序（即機(jī)器號(hào)表示，匯編語(yǔ)言源程序與其經(jīng)過(guò)匯編所產(chǎn)生的目標(biāo)程序（即機(jī)器語(yǔ)言程序）之間有明顯的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，所以也稱(chēng)匯編語(yǔ)言為符號(hào)語(yǔ)言程序）之間有明顯的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，所以也稱(chēng)匯編語(yǔ)言為符號(hào)語(yǔ)言。語(yǔ)言。 用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的源程序需要翻譯成目標(biāo)程序才能被機(jī)器執(zhí)行，用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的源程序需要翻譯成目標(biāo)程序才能被機(jī)器執(zhí)行，這個(gè)翻譯過(guò)程稱(chēng)為匯編，完成匯編任務(wù)的程序稱(chēng)為匯編程序。這個(gè)翻譯過(guò)程稱(chēng)為匯編，完成匯編任務(wù)的程序稱(chēng)為匯編程序。 不同的機(jī)器有不同的指令，每一種微處理器都有自己的匯編語(yǔ)不同的機(jī)器有不同的指令，每一種微

5、處理器都有自己的匯編語(yǔ)言。所以用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的程序不能在其他類(lèi)型的機(jī)器上運(yùn)行。言。所以用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的程序不能在其他類(lèi)型的機(jī)器上運(yùn)行。2.2. 匯編語(yǔ)言（匯編語(yǔ)言（Assembly LanguageAssembly Language）第3頁(yè)/共63頁(yè)2022-7-64 如果說(shuō)機(jī)器語(yǔ)言是面向機(jī)器的，那么高級(jí)語(yǔ)言（如如果說(shuō)機(jī)器語(yǔ)言是面向機(jī)器的，那么高級(jí)語(yǔ)言（如BASIC、FORTRAN等）則是面向過(guò)程的語(yǔ)言。利用這些語(yǔ)言編程，程序員等）則是面向過(guò)程的語(yǔ)言。利用這些語(yǔ)言編程，程序員可以完全不考慮機(jī)器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，不必了解和熟悉機(jī)器的指令系統(tǒng)，可以完全不考慮機(jī)器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，不必了解和熟悉機(jī)器的指令系統(tǒng)，

6、僅使用一些接近人們書(shū)寫(xiě)習(xí)慣的英語(yǔ)和數(shù)學(xué)表達(dá)式形式的語(yǔ)句去編僅使用一些接近人們書(shū)寫(xiě)習(xí)慣的英語(yǔ)和數(shù)學(xué)表達(dá)式形式的語(yǔ)句去編制程序。這樣編寫(xiě)的程序與問(wèn)題本身的數(shù)學(xué)模型之間有著良好的對(duì)制程序。這樣編寫(xiě)的程序與問(wèn)題本身的數(shù)學(xué)模型之間有著良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可在各種機(jī)器上執(zhí)行（不同機(jī)器之間僅做少量的修改）。應(yīng)關(guān)系，可在各種機(jī)器上執(zhí)行（不同機(jī)器之間僅做少量的修改）。但是，這種用高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)的源程序并不能在機(jī)器的直接執(zhí)行，需但是，這種用高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)的源程序并不能在機(jī)器的直接執(zhí)行，需要被翻譯成對(duì)應(yīng)的目標(biāo)程序，機(jī)器才能運(yùn)行。把具有這種翻譯作用要被翻譯成對(duì)應(yīng)的目標(biāo)程序，機(jī)器才能運(yùn)行。把具有這種翻譯作用的程序稱(chēng)為解釋程序或

7、匯編程序。的程序稱(chēng)為解釋程序或匯編程序。3.3. 高級(jí)語(yǔ)言（高級(jí)語(yǔ)言（High LanguageHigh Language）第4頁(yè)/共63頁(yè)2022-7-652.1.2 指令系統(tǒng)初步一臺(tái)計(jì)算機(jī)中所有機(jī)器指令的集合，稱(chēng)為這臺(tái)計(jì)算機(jī)的指令系一臺(tái)計(jì)算機(jī)中所有機(jī)器指令的集合，稱(chēng)為這臺(tái)計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)。指令系統(tǒng)是表征一臺(tái)計(jì)算機(jī)性能的重要因素，它的格式與功能統(tǒng)。指令系統(tǒng)是表征一臺(tái)計(jì)算機(jī)性能的重要因素，它的格式與功能不僅直接影響到機(jī)器的硬件結(jié)構(gòu)，而且也直接影響到系統(tǒng)軟件，影不僅直接影響到機(jī)器的硬件結(jié)構(gòu)，而且也直接影響到系統(tǒng)軟件，影響到機(jī)器的適用范圍。響到機(jī)器的適用范圍。在在20 20 世紀(jì)世紀(jì)50 50 年

8、代和年代和6060年代早期，由于計(jì)算機(jī)采用電子管或晶年代早期，由于計(jì)算機(jī)采用電子管或晶體管，不但體積龐大，而且價(jià)格昂貴，因此大多數(shù)計(jì)算的硬件結(jié)構(gòu)體管，不但體積龐大，而且價(jià)格昂貴，因此大多數(shù)計(jì)算的硬件結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。所支持的指令系統(tǒng)一般只有定點(diǎn)加減、邏輯運(yùn)算、數(shù)據(jù)比較簡(jiǎn)單。所支持的指令系統(tǒng)一般只有定點(diǎn)加減、邏輯運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和轉(zhuǎn)移等十幾至幾十條指令，并且尋址方式簡(jiǎn)單。傳送和轉(zhuǎn)移等十幾至幾十條指令，并且尋址方式簡(jiǎn)單。60 60 年代中年代中期以后，隨著集成電路的出現(xiàn)，計(jì)算機(jī)的價(jià)格不斷下降，硬件功能期以后，隨著集成電路的出現(xiàn)，計(jì)算機(jī)的價(jià)格不斷下降，硬件功能不斷增強(qiáng)，指令系統(tǒng)也越來(lái)越豐富。除了具有以上最

9、基本的指令外，不斷增強(qiáng)，指令系統(tǒng)也越來(lái)越豐富。除了具有以上最基本的指令外，還增加了乘除法運(yùn)算指令、浮點(diǎn)運(yùn)算指令、十進(jìn)制運(yùn)算指令以及字還增加了乘除法運(yùn)算指令、浮點(diǎn)運(yùn)算指令、十進(jìn)制運(yùn)算指令以及字符串處理指令等，指令數(shù)目多達(dá)一、二百條，尋址方式也趨于多樣符串處理指令等，指令數(shù)目多達(dá)一、二百條，尋址方式也趨于多樣化?；?第5頁(yè)/共63頁(yè)2022-7-66隨著集成電路的發(fā)展和計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，計(jì)算的軟隨著集成電路的發(fā)展和計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，計(jì)算的軟件價(jià)格不斷提高。為了繼承已有的軟件，減少軟件的開(kāi)發(fā)費(fèi)用，人件價(jià)格不斷提高。為了繼承已有的軟件，減少軟件的開(kāi)發(fā)費(fèi)用，人們迫切希望各種機(jī)器上的軟件

10、能夠兼容，以便在舊機(jī)器上編制的各們迫切希望各種機(jī)器上的軟件能夠兼容，以便在舊機(jī)器上編制的各種軟件能在新的、性能更好的機(jī)器上運(yùn)行，因此種軟件能在新的、性能更好的機(jī)器上運(yùn)行，因此60年代后期出現(xiàn)了年代后期出現(xiàn)了系列（系列（series）計(jì)算機(jī)）計(jì)算機(jī).。所謂系列計(jì)算機(jī)，是指基本指令相同、基。所謂系列計(jì)算機(jī)，是指基本指令相同、基本體系結(jié)構(gòu)相同的一系列計(jì)算機(jī)。本體系結(jié)構(gòu)相同的一系列計(jì)算機(jī)。 計(jì)算機(jī)發(fā)展至今，其硬件結(jié)構(gòu)隨著超大規(guī)模集成電路（計(jì)算機(jī)發(fā)展至今，其硬件結(jié)構(gòu)隨著超大規(guī)模集成電路（VLSI）技術(shù)的飛速發(fā)展而越來(lái)越復(fù)雜化，所支持的指令系統(tǒng)也趨于多用途、技術(shù)的飛速發(fā)展而越來(lái)越復(fù)雜化，所支持的指令系統(tǒng)也

11、趨于多用途、強(qiáng)功能化。大多數(shù)計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)多達(dá)幾百條指令。我們稱(chēng)這些強(qiáng)功能化。大多數(shù)計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)多達(dá)幾百條指令。我們稱(chēng)這些計(jì)算機(jī)為復(fù)雜指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱(chēng)計(jì)算機(jī)為復(fù)雜指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱(chēng)CISC。然而，指令系統(tǒng)的過(guò)。然而，指令系統(tǒng)的過(guò)分復(fù)雜也會(huì)帶來(lái)一些不利因素，如設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，正確性難以保證且分復(fù)雜也會(huì)帶來(lái)一些不利因素，如設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，正確性難以保證且不易維護(hù)等，為此人們提出了便于不易維護(hù)等，為此人們提出了便于VLSI技術(shù)實(shí)現(xiàn)的精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱(chēng)計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱(chēng)RISC。第6頁(yè)/共63頁(yè)2022-7-67一個(gè)完美的指令系統(tǒng)應(yīng)滿(mǎn)足以下要求：一個(gè)完美的指令系統(tǒng)應(yīng)滿(mǎn)足以下要

12、求：1 指令系統(tǒng)的完備性，常用指令齊全，編程方便。指令系統(tǒng)的完備性，常用指令齊全，編程方便。完備性使之用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)各種程序時(shí)，指令系統(tǒng)直接提供的指令足夠使完備性使之用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)各種程序時(shí)，指令系統(tǒng)直接提供的指令足夠使用，而不必用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。完備性要求指令系統(tǒng)豐富、功能齊全、使用方便用，而不必用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。完備性要求指令系統(tǒng)豐富、功能齊全、使用方便 。2 指令系統(tǒng)的有效性，程序占用內(nèi)存空間少，運(yùn)行速度快。指令系統(tǒng)的有效性，程序占用內(nèi)存空間少，運(yùn)行速度快。有效性是指利用該指令系統(tǒng)所編寫(xiě)的程序能夠高效率地運(yùn)行。高效率主要有效性是指利用該指令系統(tǒng)所編寫(xiě)的程序能夠高效率地運(yùn)行。高效率主要表現(xiàn)在程序占

13、用內(nèi)存空間少、執(zhí)行速度快。表現(xiàn)在程序占用內(nèi)存空間少、執(zhí)行速度快。 3指令系統(tǒng)的規(guī)整性，指令和數(shù)據(jù)使用規(guī)則統(tǒng)一，易學(xué)易記指令系統(tǒng)的規(guī)整性，指令和數(shù)據(jù)使用規(guī)則統(tǒng)一，易學(xué)易記規(guī)整性包括指令系統(tǒng)的對(duì)稱(chēng)性、均勻性、指令格式和數(shù)據(jù)格式的一致性。規(guī)整性包括指令系統(tǒng)的對(duì)稱(chēng)性、均勻性、指令格式和數(shù)據(jù)格式的一致性。對(duì)稱(chēng)性是指在指令系統(tǒng)中所有的寄存器和存儲(chǔ)器單元都可以同等對(duì)待，所有的對(duì)稱(chēng)性是指在指令系統(tǒng)中所有的寄存器和存儲(chǔ)器單元都可以同等對(duì)待，所有的指令都可以使用各種尋址方式；均勻性是指一種操作性質(zhì)的指令可以支持各種指令都可以使用各種尋址方式；均勻性是指一種操作性質(zhì)的指令可以支持各種數(shù)據(jù)類(lèi)型；指令格式和數(shù)據(jù)格式的一

14、致性是指指令長(zhǎng)度和數(shù)據(jù)長(zhǎng)度有一定的關(guān)數(shù)據(jù)類(lèi)型；指令格式和數(shù)據(jù)格式的一致性是指指令長(zhǎng)度和數(shù)據(jù)長(zhǎng)度有一定的關(guān)系，以方便處理和存取。系，以方便處理和存取。 4指令系統(tǒng)的兼容性，同一系列的低檔計(jì)算機(jī)的程序能在新的高檔機(jī)上指令系統(tǒng)的兼容性，同一系列的低檔計(jì)算機(jī)的程序能在新的高檔機(jī)上直接運(yùn)行。直接運(yùn)行。系列機(jī)之間具有相同的基本結(jié)構(gòu)和共同的基本指令集，因而指令系統(tǒng)是兼系列機(jī)之間具有相同的基本結(jié)構(gòu)和共同的基本指令集，因而指令系統(tǒng)是兼容的，即各機(jī)種上基本軟件可以通用。容的，即各機(jī)種上基本軟件可以通用。 第7頁(yè)/共63頁(yè)2022-7-68 下面以下面以8088指令系統(tǒng)為例，簡(jiǎn)要介紹它的指令格式、指令種類(lèi)指令系統(tǒng)為

15、例，簡(jiǎn)要介紹它的指令格式、指令種類(lèi)及指令功能。及指令功能。1. 指令格式指令格式 8088指令系統(tǒng)的指令類(lèi)型較多，功能很強(qiáng)。各種指令由于功指令系統(tǒng)的指令類(lèi)型較多，功能很強(qiáng)。各種指令由于功能不同，需要指令碼提供的信息也不同。為了滿(mǎn)足不同功能的要求能不同，需要指令碼提供的信息也不同。為了滿(mǎn)足不同功能的要求又要盡量減少指令所占的空間，又要盡量減少指令所占的空間，8088指令系統(tǒng)采用了一種靈活的、指令系統(tǒng)采用了一種靈活的、由由16個(gè)字節(jié)組成的變字長(zhǎng)的指令格式，包括操作碼、尋址方式以個(gè)字節(jié)組成的變字長(zhǎng)的指令格式，包括操作碼、尋址方式以及操作數(shù)三個(gè)部分。通常指令的第一字節(jié)為操作碼（及操作數(shù)三個(gè)部分。通常指

16、令的第一字節(jié)為操作碼（OPCODE），），用以規(guī)定操作的類(lèi)型；第二個(gè)字節(jié)規(guī)定操作數(shù)的尋址方式用以規(guī)定操作的類(lèi)型；第二個(gè)字節(jié)規(guī)定操作數(shù)的尋址方式(MOD)。接著以后的接著以后的36字節(jié)可以是：字節(jié)可以是： 無(wú)其他字節(jié)；無(wú)其他字節(jié)； 一個(gè)兩字節(jié)的有效地址一個(gè)兩字節(jié)的有效地址EA（使用于直接尋址方式）；（使用于直接尋址方式）； 一個(gè)一個(gè)8/16位的位移量；位的位移量； 一個(gè)一個(gè)8/16位的立即數(shù)；位的立即數(shù)；第8頁(yè)/共63頁(yè)2022-7-69 一個(gè)一個(gè)8/16位的位移量，其后再跟位的位移量，其后再跟8/16為立即數(shù)；為立即數(shù)； 一個(gè)兩字節(jié)的偏移地址，再跟一個(gè)兩字節(jié)的段地址（用于段間程序一個(gè)兩字節(jié)的偏

17、移地址，再跟一個(gè)兩字節(jié)的段地址（用于段間程序 直接轉(zhuǎn)移）。直接轉(zhuǎn)移）。2.2. 指令種類(lèi)及指令功能指令種類(lèi)及指令功能 80888088的指令系統(tǒng)大致可分為以下六種類(lèi)型：的指令系統(tǒng)大致可分為以下六種類(lèi)型： 1)1) 數(shù)據(jù)傳送指令數(shù)據(jù)傳送指令 2) 算術(shù)運(yùn)算指令算術(shù)運(yùn)算指令 3)3) 位操作指令位操作指令 4) 4) 串操作指令串操作指令 5 5）程序控制指令）程序控制指令 6)6) 處理器控制指令處理器控制指令 第9頁(yè)/共63頁(yè)2022-7-610第10頁(yè)/共63頁(yè)2022-7-6112.2 2.2 基本的計(jì)算機(jī)組成 多數(shù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，都有相同的基本結(jié)構(gòu)?；窘M成包括三個(gè)主多數(shù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，都有相同

18、的基本結(jié)構(gòu)?；窘M成包括三個(gè)主要部件：要部件：CPU、存儲(chǔ)器子系統(tǒng)和、存儲(chǔ)器子系統(tǒng)和I/O子系統(tǒng)。這些部件的一般組成子系統(tǒng)。這些部件的一般組成如圖如圖2-1所示。所示。 I/O子系統(tǒng)CPU存儲(chǔ)器子系統(tǒng)I/O設(shè)備I/O設(shè)備數(shù)據(jù)總線(xiàn)地址總線(xiàn)控制總線(xiàn)圖2-1 一般計(jì)算機(jī)的組成 第11頁(yè)/共63頁(yè)2022-7-6122.2.1 總線(xiàn)結(jié)構(gòu)總線(xiàn)（總線(xiàn)（Bus）是連接兩個(gè)或多個(gè)設(shè)備的公共通信通路?？偩€(xiàn)的）是連接兩個(gè)或多個(gè)設(shè)備的公共通信通路?？偩€(xiàn)的關(guān)鍵特征是共享傳輸介質(zhì)。多種設(shè)備連接到總線(xiàn)上，一個(gè)設(shè)備發(fā)出關(guān)鍵特征是共享傳輸介質(zhì)。多種設(shè)備連接到總線(xiàn)上，一個(gè)設(shè)備發(fā)出的信號(hào)可以被其他所有連接到總線(xiàn)上的設(shè)備所接收。計(jì)

19、算機(jī)的部件的信號(hào)可以被其他所有連接到總線(xiàn)上的設(shè)備所接收。計(jì)算機(jī)的部件都是連接在總線(xiàn)上的。為了將信息從一個(gè)部件傳到另一個(gè)部件，源都是連接在總線(xiàn)上的。為了將信息從一個(gè)部件傳到另一個(gè)部件，源部件先將數(shù)據(jù)輸出到總線(xiàn)上，然后目的部件再?gòu)目偩€(xiàn)上接收這些數(shù)部件先將數(shù)據(jù)輸出到總線(xiàn)上，然后目的部件再?gòu)目偩€(xiàn)上接收這些數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)各部件之間的通信當(dāng)然可以采用專(zhuān)用傳輸線(xiàn)路直接兩兩據(jù)。計(jì)算機(jī)各部件之間的通信當(dāng)然可以采用專(zhuān)用傳輸線(xiàn)路直接兩兩相連，但隨著計(jì)算機(jī)系統(tǒng)復(fù)雜性的不斷增長(zhǎng)，使用總線(xiàn)可以提高效相連，但隨著計(jì)算機(jī)系統(tǒng)復(fù)雜性的不斷增長(zhǎng)，使用總線(xiàn)可以提高效率。同時(shí)與大量的直接連接相比，總線(xiàn)使用較少的電路板空間，耗率。同時(shí)與

20、大量的直接連接相比，總線(xiàn)使用較少的電路板空間，耗能更少，并且在芯片或組成能更少，并且在芯片或組成CPU的芯片組上需要較少的引腳。的芯片組上需要較少的引腳。 第12頁(yè)/共63頁(yè)2022-7-613 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)含有多種總線(xiàn)，它們?cè)谟?jì)算機(jī)系統(tǒng)的各個(gè)層次提供部計(jì)算機(jī)系統(tǒng)含有多種總線(xiàn)，它們?cè)谟?jì)算機(jī)系統(tǒng)的各個(gè)層次提供部件之間的通路，大致可分為三類(lèi)：件之間的通路，大致可分為三類(lèi)：1 內(nèi)部總線(xiàn)：指內(nèi)部總線(xiàn)：指CPU內(nèi)部連接各寄存器及運(yùn)算部件之間的總線(xiàn)。內(nèi)部連接各寄存器及運(yùn)算部件之間的總線(xiàn)。2 系統(tǒng)總線(xiàn)：指系統(tǒng)總線(xiàn)：指CPU同計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的其他具有高速傳輸功能的部同計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的其他具有高速傳輸功能的部件，如存儲(chǔ)器

21、、通道等互相連接的總線(xiàn)。件，如存儲(chǔ)器、通道等互相連接的總線(xiàn)。 I/O總線(xiàn)：指中、低速總線(xiàn)：指中、低速I(mǎi)/O設(shè)備之間互相連接的總線(xiàn)。設(shè)備之間互相連接的總線(xiàn)。 最常見(jiàn)的計(jì)算機(jī)互連結(jié)構(gòu)使用一個(gè)或多個(gè)系統(tǒng)總線(xiàn)。系統(tǒng)總線(xiàn)最常見(jiàn)的計(jì)算機(jī)互連結(jié)構(gòu)使用一個(gè)或多個(gè)系統(tǒng)總線(xiàn)。系統(tǒng)總線(xiàn)通常包含通常包含50100條分立的導(dǎo)線(xiàn)，每條總線(xiàn)被賦予一個(gè)特定的含義或條分立的導(dǎo)線(xiàn)，每條總線(xiàn)被賦予一個(gè)特定的含義或功能。按其傳送的信號(hào)可分為地址總線(xiàn)、數(shù)據(jù)總線(xiàn)和控制總線(xiàn)功能。按其傳送的信號(hào)可分為地址總線(xiàn)、數(shù)據(jù)總線(xiàn)和控制總線(xiàn)3類(lèi)。類(lèi)。 第13頁(yè)/共63頁(yè)2022-7-614 地址總線(xiàn)（地址總線(xiàn)（address bus）是計(jì)算機(jī)傳送地址信

22、息的信號(hào)線(xiàn)，）是計(jì)算機(jī)傳送地址信息的信號(hào)線(xiàn)，與其他總線(xiàn)不同，地址總線(xiàn)地單向的，即地址總線(xiàn)總是從與其他總線(xiàn)不同，地址總線(xiàn)地單向的，即地址總線(xiàn)總是從CPU上接上接收信息，而收信息，而CPU從不讀取地址總線(xiàn)，地址總線(xiàn)的位數(shù)決定存儲(chǔ)空間從不讀取地址總線(xiàn)，地址總線(xiàn)的位數(shù)決定存儲(chǔ)空間的大小。當(dāng)?shù)拇笮?。?dāng)CPU從存儲(chǔ)器讀取數(shù)據(jù)或指令，或?qū)憯?shù)據(jù)到存儲(chǔ)器時(shí)，從存儲(chǔ)器讀取數(shù)據(jù)或指令，或?qū)憯?shù)據(jù)到存儲(chǔ)器時(shí)，它必須指明將要訪(fǎng)問(wèn)的存儲(chǔ)器單元地址。它必須指明將要訪(fǎng)問(wèn)的存儲(chǔ)器單元地址。CPU輸出地址到地址總線(xiàn)輸出地址到地址總線(xiàn)上，而存儲(chǔ)器從地址總線(xiàn)上讀取地址，并且用它來(lái)訪(fǎng)問(wèn)正確的存儲(chǔ)上，而存儲(chǔ)器從地址總線(xiàn)上讀取地址，并且用它

23、來(lái)訪(fǎng)問(wèn)正確的存儲(chǔ)單元。每個(gè)單元。每個(gè)I/O設(shè)備，如鍵盤(pán)、顯示器或磁盤(pán)，同樣都有一個(gè)唯一設(shè)備，如鍵盤(pán)、顯示器或磁盤(pán)，同樣都有一個(gè)唯一的地址。當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)某個(gè)的地址。當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)某個(gè)I/O設(shè)備時(shí)，設(shè)備時(shí)，CPU將此設(shè)備的地址放到地址總將此設(shè)備的地址放到地址總線(xiàn)上。每一設(shè)備均從總線(xiàn)上讀取地址并且判斷自己是不是要訪(fǎng)問(wèn)的線(xiàn)上。每一設(shè)備均從總線(xiàn)上讀取地址并且判斷自己是不是要訪(fǎng)問(wèn)的設(shè)備。設(shè)備。 數(shù)據(jù)總線(xiàn)（數(shù)據(jù)總線(xiàn)（data bus）是用來(lái)傳輸數(shù)據(jù)和代碼信息的信號(hào)線(xiàn)。）是用來(lái)傳輸數(shù)據(jù)和代碼信息的信號(hào)線(xiàn)。數(shù)據(jù)線(xiàn)的寬度與計(jì)算機(jī)的字長(zhǎng)及內(nèi)存單元的位寬是一致的，它是雙數(shù)據(jù)線(xiàn)的寬度與計(jì)算機(jī)的字長(zhǎng)及內(nèi)存單元的位寬是一致的，它是雙向的

24、，以便在向的，以便在CPU與存儲(chǔ)器、與存儲(chǔ)器、I/O設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)的往返傳輸。設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)的往返傳輸。當(dāng)當(dāng)CPU從存儲(chǔ)器中讀取信息時(shí)，它首先把存儲(chǔ)器地址輸出到地址總從存儲(chǔ)器中讀取信息時(shí)，它首先把存儲(chǔ)器地址輸出到地址總線(xiàn)上，然后存儲(chǔ)器輸出數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)總線(xiàn)上，這樣線(xiàn)上，然后存儲(chǔ)器輸出數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)總線(xiàn)上，這樣CPU就可以從數(shù)據(jù)就可以從數(shù)據(jù)總線(xiàn)上讀取數(shù)據(jù)了。當(dāng)總線(xiàn)上讀取數(shù)據(jù)了。當(dāng)?shù)?4頁(yè)/共63頁(yè)2022-7-615CPU向存儲(chǔ)器中寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)，它首先輸出地址到地址總線(xiàn)上，然后輸向存儲(chǔ)器中寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)，它首先輸出地址到地址總線(xiàn)上，然后輸出數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)總線(xiàn)上，這樣存儲(chǔ)器就可以從數(shù)據(jù)總線(xiàn)上讀取數(shù)據(jù)并出數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)總

25、線(xiàn)上，這樣存儲(chǔ)器就可以從數(shù)據(jù)總線(xiàn)上讀取數(shù)據(jù)并將它存儲(chǔ)到正確的單元中。對(duì)將它存儲(chǔ)到正確的單元中。對(duì)I/O設(shè)備讀寫(xiě)數(shù)據(jù)的過(guò)程也是如此。設(shè)備讀寫(xiě)數(shù)據(jù)的過(guò)程也是如此。 控制總線(xiàn)（控制總線(xiàn)（control buscontrol bus）是用來(lái)傳送狀態(tài)和控制信號(hào)的信號(hào)）是用來(lái)傳送狀態(tài)和控制信號(hào)的信號(hào)線(xiàn)，用來(lái)實(shí)現(xiàn)命令、狀態(tài)的傳送，中斷、直接存儲(chǔ)器存取的控制，線(xiàn)，用來(lái)實(shí)現(xiàn)命令、狀態(tài)的傳送，中斷、直接存儲(chǔ)器存取的控制，以及提供系統(tǒng)使用的時(shí)鐘和復(fù)位信號(hào)等，控制和狀態(tài)的傳送是相互以及提供系統(tǒng)使用的時(shí)鐘和復(fù)位信號(hào)等，控制和狀態(tài)的傳送是相互的，但就每一根控制線(xiàn)而言則是單向的。地址總線(xiàn)由的，但就每一根控制線(xiàn)而言則是單向的

26、。地址總線(xiàn)由n n根線(xiàn)構(gòu)成，根線(xiàn)構(gòu)成，n n根線(xiàn)聯(lián)合傳送一個(gè)根線(xiàn)聯(lián)合傳送一個(gè)n n位的地址值?？刂瓶偩€(xiàn)是單根控制信號(hào)的集合。位的地址值?？刂瓶偩€(xiàn)是單根控制信號(hào)的集合。這些信號(hào)用來(lái)指示數(shù)據(jù)是要讀入這些信號(hào)用來(lái)指示數(shù)據(jù)是要讀入CPUCPU還是要從還是要從CPUCPU寫(xiě)出，寫(xiě)出，CPUCPU是要訪(fǎng)是要訪(fǎng)問(wèn)存儲(chǔ)器還是問(wèn)存儲(chǔ)器還是I/OI/O設(shè)備，設(shè)備，I/OI/O設(shè)備還是存儲(chǔ)器已就緒要傳送數(shù)據(jù)等等。設(shè)備還是存儲(chǔ)器已就緒要傳送數(shù)據(jù)等等。雖然圖雖然圖2-12-1中的控制總線(xiàn)看起來(lái)是雙向的，但實(shí)際上主要是單向信中的控制總線(xiàn)看起來(lái)是雙向的，但實(shí)際上主要是單向信號(hào)的集合。號(hào)的集合。 大多數(shù)信號(hào)是從大多數(shù)信號(hào)是從

27、CPUCPU輸出到存儲(chǔ)器及輸出到存儲(chǔ)器及I/OI/O子系統(tǒng)的，只子系統(tǒng)的，只有少數(shù)是從這些子系統(tǒng)輸出到有少數(shù)是從這些子系統(tǒng)輸出到CPUCPU的。的。 第15頁(yè)/共63頁(yè)2022-7-6162.2.2 計(jì)算機(jī)的時(shí)鐘與指令周期 CPU執(zhí)行指令的過(guò)程可簡(jiǎn)單概括如下：首先取指令，執(zhí)行指令的過(guò)程可簡(jiǎn)單概括如下：首先取指令，CPU從從寄存器讀取指令，然后將指令譯碼，辨識(shí)該指令要執(zhí)行什么操作，寄存器讀取指令，然后將指令譯碼，辨識(shí)該指令要執(zhí)行什么操作，最后，是控制電路發(fā)出若干控制信號(hào)，控制有關(guān)部件執(zhí)行這條指令最后，是控制電路發(fā)出若干控制信號(hào)，控制有關(guān)部件執(zhí)行這條指令所表示的操作。流程圖如圖所表示的操作。流程圖

28、如圖2-2所示。所示。 首先，首先，CPUCPU把指令的地址放到地址總線(xiàn)上，然后，存儲(chǔ)器子系把指令的地址放到地址總線(xiàn)上，然后，存儲(chǔ)器子系統(tǒng)從總線(xiàn)上輸入該地址并予以譯碼，并訪(fǎng)問(wèn)指定的存儲(chǔ)單元。統(tǒng)從總線(xiàn)上輸入該地址并予以譯碼，并訪(fǎng)問(wèn)指定的存儲(chǔ)單元。 CPUCPU為存儲(chǔ)器留出充足的時(shí)間來(lái)對(duì)地址譯碼和訪(fǎng)問(wèn)所需的存儲(chǔ)為存儲(chǔ)器留出充足的時(shí)間來(lái)對(duì)地址譯碼和訪(fǎng)問(wèn)所需的存儲(chǔ)單元，當(dāng)單元，當(dāng)CPUCPU準(zhǔn)備好可以從存儲(chǔ)器或準(zhǔn)備好可以從存儲(chǔ)器或I/OI/O設(shè)備讀取數(shù)據(jù)時(shí)，它就在控設(shè)備讀取數(shù)據(jù)時(shí)，它就在控制總線(xiàn)上發(fā)出一個(gè)讀（制總線(xiàn)上發(fā)出一個(gè)讀（READREAD）。根據(jù)）。根據(jù)CPUCPU的不同，讀信號(hào)可能是高的不同，

29、讀信號(hào)可能是高電平有效（信號(hào)電平有效（信號(hào)=1=1）也可能是低電平有效（信號(hào)）也可能是低電平有效（信號(hào)=0=0）。）。 讀信號(hào)發(fā)出后，存儲(chǔ)器子系統(tǒng)就把要讀取的指令碼放到計(jì)算機(jī)讀信號(hào)發(fā)出后，存儲(chǔ)器子系統(tǒng)就把要讀取的指令碼放到計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)總線(xiàn)上，的數(shù)據(jù)總線(xiàn)上，CPU就從數(shù)據(jù)總線(xiàn)上輸入該數(shù)據(jù)并且將它存儲(chǔ)在其就從數(shù)據(jù)總線(xiàn)上輸入該數(shù)據(jù)并且將它存儲(chǔ)在其內(nèi)部的某個(gè)寄存器中，至此，內(nèi)部的某個(gè)寄存器中，至此，CPU已經(jīng)取得了指令。已經(jīng)取得了指令。 第16頁(yè)/共63頁(yè)2022-7-617CPU把指令的地址放到地址總線(xiàn)上存儲(chǔ)器子系統(tǒng)從地址總線(xiàn)上讀取該地址并譯碼存儲(chǔ)器子系統(tǒng)訪(fǎng)問(wèn)指定的存儲(chǔ)單元CPU發(fā)出讀信號(hào)CPU從數(shù)

30、據(jù)總線(xiàn)上讀取數(shù)據(jù)并譯碼存儲(chǔ)器子系統(tǒng)把讀取的指令放到數(shù)據(jù)總線(xiàn)上CPU選擇相應(yīng)的操作序列并執(zhí)行操作圖2-2 CPU執(zhí)行指令的流程圖 然后，CPU對(duì)這條指令進(jìn)行譯碼。每一條指令可能要有不同的操作序列來(lái)執(zhí)行，當(dāng)CPU對(duì)該指令譯碼時(shí)，它確定所處理的是哪一條指令，以便選擇正確的操作序列去執(zhí)行。這一步完全是在CPU內(nèi)完成的，不需要使用系統(tǒng)總線(xiàn)。 最后，CPU執(zhí)行該指令。指令不同，指令的操作序列也不同。執(zhí)行過(guò)程可以是從存儲(chǔ)器讀取數(shù)據(jù)，寫(xiě)數(shù)據(jù)到存儲(chǔ)器，讀或?qū)憯?shù)據(jù)到I/O設(shè)備，執(zhí)行CPU內(nèi)部的操作或執(zhí)行多個(gè)上述操作的組合。第17頁(yè)/共63頁(yè)2022-7-618 CPU是如何自動(dòng)地、一步一步地、有條不紊地實(shí)現(xiàn)這些功

31、能的是如何自動(dòng)地、一步一步地、有條不紊地實(shí)現(xiàn)這些功能的呢？這就是時(shí)序問(wèn)題。所謂時(shí)序問(wèn)題就是指呢？這就是時(shí)序問(wèn)題。所謂時(shí)序問(wèn)題就是指CPU執(zhí)行各種指令的詳執(zhí)行各種指令的詳細(xì)工作過(guò)程以及這些動(dòng)作過(guò)程與時(shí)間順序的對(duì)應(yīng)關(guān)系。細(xì)工作過(guò)程以及這些動(dòng)作過(guò)程與時(shí)間順序的對(duì)應(yīng)關(guān)系。 計(jì)算機(jī)在時(shí)鐘脈沖的作用下，一個(gè)節(jié)拍一個(gè)節(jié)拍地工作，因此計(jì)算機(jī)在時(shí)鐘脈沖的作用下，一個(gè)節(jié)拍一個(gè)節(jié)拍地工作，因此每個(gè)時(shí)鐘周期是每個(gè)時(shí)鐘周期是CPU處理動(dòng)作的最小時(shí)間單位，稱(chēng)為處理動(dòng)作的最小時(shí)間單位，稱(chēng)為T(mén)周期或周期或T狀態(tài)。狀態(tài)。完成一個(gè)基本操作所需的時(shí)間稱(chēng)為機(jī)器周期。一般一個(gè)機(jī)器周期包完成一個(gè)基本操作所需的時(shí)間稱(chēng)為機(jī)器周期。一般一個(gè)機(jī)

32、器周期包括數(shù)個(gè)括數(shù)個(gè)T周期。指令周期（周期。指令周期（instruction cycle）是）是CPU完成一條指令完成一條指令操作所用的時(shí)間。顯然，操作功能的不同，指令字節(jié)數(shù)不同，執(zhí)行操作所用的時(shí)間。顯然，操作功能的不同，指令字節(jié)數(shù)不同，執(zhí)行一條指令的機(jī)器周期或一條指令的機(jī)器周期或T狀態(tài)是有很大差別的。任何一條指令的第一狀態(tài)是有很大差別的。任何一條指令的第一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)必然是取指令的過(guò)程。個(gè)機(jī)器周期內(nèi)必然是取指令的過(guò)程。 圖圖2-32-3（a a）顯示了從存儲(chǔ)器中讀取數(shù)據(jù)的操作。）顯示了從存儲(chǔ)器中讀取數(shù)據(jù)的操作。CPUCPU從存儲(chǔ)器從存儲(chǔ)器中取一條指令的操作序列也是如此。中取一條指令的操作序列

33、也是如此。 存儲(chǔ)器寫(xiě)操作的時(shí)序圖如圖存儲(chǔ)器寫(xiě)操作的時(shí)序圖如圖2-2（b）所示。）所示。 第18頁(yè)/共63頁(yè)2022-7-619數(shù)據(jù)CLK地址總線(xiàn)數(shù)據(jù)總線(xiàn)讀CLK寫(xiě)地址總線(xiàn)數(shù)據(jù)總線(xiàn)時(shí)鐘周期1時(shí)鐘周期2數(shù)據(jù)地址地址時(shí)鐘周期1時(shí)鐘周期2a) 從存儲(chǔ)器讀取數(shù)據(jù) (b) 寫(xiě)數(shù)據(jù)到存儲(chǔ)器圖2-3 讀寫(xiě)數(shù)據(jù)的操作時(shí)序圖第19頁(yè)/共63頁(yè)2022-7-6202.3 CPU2.3 CPU的組成 計(jì)算機(jī)的核心部分被稱(chēng)為中央處理器，簡(jiǎn)稱(chēng)計(jì)算機(jī)的核心部分被稱(chēng)為中央處理器，簡(jiǎn)稱(chēng)CPU。CPU控制控制整個(gè)計(jì)算機(jī)，提供存儲(chǔ)器需要的地址和控制信號(hào)，并從存儲(chǔ)器中讀整個(gè)計(jì)算機(jī)，提供存儲(chǔ)器需要的地址和控制信號(hào)，并從存儲(chǔ)器中讀取指令

34、。取指令。CPU由運(yùn)算器和控制器組成。由運(yùn)算器和控制器組成。 CPU具有以下的基本功能：具有以下的基本功能： (1)(1)指令控制：程序的順序控制，稱(chēng)為指令控制。由于程序是一指令控制：程序的順序控制，稱(chēng)為指令控制。由于程序是一個(gè)指令序列，這些指令的相互順序不能任意顛倒，必須嚴(yán)格按程序個(gè)指令序列，這些指令的相互順序不能任意顛倒，必須嚴(yán)格按程序規(guī)定的順序進(jìn)行。規(guī)定的順序進(jìn)行。 (2) 操作控制：一條指令的功能往往是由若干個(gè)操作信號(hào)的組操作控制：一條指令的功能往往是由若干個(gè)操作信號(hào)的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此，合來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此，CPU管理并產(chǎn)生由內(nèi)存取出的每條指令的操作管理并產(chǎn)生由內(nèi)存取出的每條指令的操作信

35、號(hào)，把各種操作信號(hào)送往相應(yīng)的部件，從而控制這些部件按指令信號(hào)，把各種操作信號(hào)送往相應(yīng)的部件，從而控制這些部件按指令的要求進(jìn)行操作。的要求進(jìn)行操作。 (3) 時(shí)間控制：對(duì)各種操作實(shí)施時(shí)間上的定時(shí)，稱(chēng)為時(shí)間控制。時(shí)間控制：對(duì)各種操作實(shí)施時(shí)間上的定時(shí)，稱(chēng)為時(shí)間控制。因?yàn)樵谟?jì)算機(jī)中，各種指令的操作信號(hào)均受到時(shí)間的嚴(yán)格限制。另因?yàn)樵谟?jì)算機(jī)中，各種指令的操作信號(hào)均受到時(shí)間的嚴(yán)格限制。另一方面，一條指令的整個(gè)執(zhí)行過(guò)程也受到時(shí)間的嚴(yán)格限制。一方面，一條指令的整個(gè)執(zhí)行過(guò)程也受到時(shí)間的嚴(yán)格限制。第20頁(yè)/共63頁(yè)2022-7-621 (4) (4)數(shù)據(jù)加工：所謂數(shù)據(jù)加工，就是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏數(shù)據(jù)加工：所謂數(shù)

36、據(jù)加工，就是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算處理。完成數(shù)據(jù)的加工處理，是輯運(yùn)算處理。完成數(shù)據(jù)的加工處理，是CPU的根本任務(wù)。的根本任務(wù)。 要完成上述功能，必須有相應(yīng)的硬件支持。要完成上述功能，必須有相應(yīng)的硬件支持。CPU主要有三部分主要有三部分組成：寄存器區(qū)、算術(shù)組成：寄存器區(qū)、算術(shù)/邏輯單元和控制單元。如圖邏輯單元和控制單元。如圖2-4所示。所示。控制單元ALU寄存器控制總線(xiàn)信號(hào)控制信號(hào)控制信號(hào) 數(shù)據(jù)值數(shù)據(jù)值(操作數(shù))數(shù)據(jù)值(結(jié)果)地址總線(xiàn)數(shù)據(jù)總線(xiàn)圖2-4 CPU內(nèi)部組成圖 第21頁(yè)/共63頁(yè)2022-7-6221寄存器區(qū)（寄存器區(qū)（register section） 寄存器陣列是寄存器陣列是C

37、PU內(nèi)部的臨時(shí)存儲(chǔ)單元，包括一組寄存器、一內(nèi)部的臨時(shí)存儲(chǔ)單元，包括一組寄存器、一條總線(xiàn)和其它的通信機(jī)制。系統(tǒng)的地址和數(shù)據(jù)總線(xiàn)與寄存器區(qū)交互。條總線(xiàn)和其它的通信機(jī)制。系統(tǒng)的地址和數(shù)據(jù)總線(xiàn)與寄存器區(qū)交互。此區(qū)還包括程序員不能直接訪(fǎng)問(wèn)的一些寄存器。每個(gè)寄存器與內(nèi)部此區(qū)還包括程序員不能直接訪(fǎng)問(wèn)的一些寄存器。每個(gè)寄存器與內(nèi)部數(shù)據(jù)總線(xiàn)雙向連接。由寄存器選擇電路來(lái)確定哪個(gè)寄存器參與操作。數(shù)據(jù)總線(xiàn)雙向連接。由寄存器選擇電路來(lái)確定哪個(gè)寄存器參與操作。 另外，還包括地址鎖存器（鎖存正在訪(fǎng)問(wèn)的存儲(chǔ)器地址的寄存另外，還包括地址鎖存器（鎖存正在訪(fǎng)問(wèn)的存儲(chǔ)器地址的寄存器）、數(shù)據(jù)總線(xiàn)緩沖器）、數(shù)據(jù)總線(xiàn)緩沖/鎖存器等。鎖存器

38、等。2算術(shù)算術(shù)/邏輯單元（邏輯單元（arithmetic/logic unit, ALU） 算術(shù)算術(shù)/邏輯單元執(zhí)行大部分的算術(shù)邏輯運(yùn)算，如加法、邏輯與等邏輯單元執(zhí)行大部分的算術(shù)邏輯運(yùn)算，如加法、邏輯與等運(yùn)算。它從運(yùn)算。它從CPU的寄存器中取出操作數(shù)，然后將運(yùn)行結(jié)果再存回到的寄存器中取出操作數(shù)，然后將運(yùn)行結(jié)果再存回到寄存器。由于必須在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成操作，因此寄存器。由于必須在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成操作，因此ALU只采用組只采用組合邏輯構(gòu)造而成。相對(duì)簡(jiǎn)單的合邏輯構(gòu)造而成。相對(duì)簡(jiǎn)單的CPU和和8085微處理器的微處理器的ADD指令在執(zhí)指令在執(zhí)行過(guò)程中都要使用行過(guò)程中都要使用ALU。第22頁(yè)/共63頁(yè)

39、2022-7-6233控制單元控制單元 同同CPU控制整個(gè)計(jì)算機(jī)一樣，控制單元控制著控制整個(gè)計(jì)算機(jī)一樣，控制單元控制著CPU。這個(gè)單。這個(gè)單元產(chǎn)生內(nèi)部控制信號(hào)，促使寄存器裝載數(shù)據(jù)、自動(dòng)加元產(chǎn)生內(nèi)部控制信號(hào)，促使寄存器裝載數(shù)據(jù)、自動(dòng)加1或清零、輸或清零、輸出它的內(nèi)容，使得出它的內(nèi)容，使得ALU完成正確的操作等等。這些信號(hào)作為控制信完成正確的操作等等。這些信號(hào)作為控制信號(hào)顯示在圖號(hào)顯示在圖2-4中?？刂茊卧獜募拇嫫鲄^(qū)取得一些數(shù)據(jù)用以產(chǎn)生控中?？刂茊卧獜募拇嫫鲄^(qū)取得一些數(shù)據(jù)用以產(chǎn)生控制信號(hào)，這些數(shù)據(jù)包括指令碼和某些標(biāo)志寄存器的值。控制單元也制信號(hào)，這些數(shù)據(jù)包括指令碼和某些標(biāo)志寄存器的值?？刂茊卧伯a(chǎn)

40、生系統(tǒng)控制總線(xiàn)上的信號(hào)，例如產(chǎn)生系統(tǒng)控制總線(xiàn)上的信號(hào)，例如READ、WRITE、IO/M信號(hào)等。信號(hào)等。控制單元通過(guò)以正確的順序激發(fā)這些內(nèi)部或外部控制信號(hào)，使控制單元通過(guò)以正確的順序激發(fā)這些內(nèi)部或外部控制信號(hào)，使CPU和計(jì)算機(jī)的其余部分完成正確處理指令所需要的操作。和計(jì)算機(jī)的其余部分完成正確處理指令所需要的操作。 圖圖2-52-5給出了給出了8086/8088CPU8086/8088CPU的內(nèi)部框圖。它由執(zhí)行單元的內(nèi)部框圖。它由執(zhí)行單元EUEU和總和總線(xiàn)接口單元線(xiàn)接口單元BIUBIU兩部分組成。執(zhí)行單元兩部分組成。執(zhí)行單元EUEU包括：算術(shù)邏輯單元包括：算術(shù)邏輯單元（ALUALU），），161

41、6位標(biāo)志寄存器，寄存器陣列，位標(biāo)志寄存器，寄存器陣列，EUEU控制電路和數(shù)據(jù)暫存控制電路和數(shù)據(jù)暫存器?？偩€(xiàn)接口單元器?？偩€(xiàn)接口單元BIUBIU包括：包括：4 4個(gè)個(gè)1616位段寄存器，一個(gè)位段寄存器，一個(gè)1616位指令指針位指令指針I(yè)PIP，一個(gè)指令流隊(duì)列以及地址加法器和總線(xiàn)控制電路。，一個(gè)指令流隊(duì)列以及地址加法器和總線(xiàn)控制電路。 第23頁(yè)/共63頁(yè)2022-7-624ALU標(biāo)志寄存器暫存器EU控制器1 2 3 4 5 6輸入輸出控制電路外部總線(xiàn) AH AL BH BL CH CL DH DL SP BP DI SIAXBXCXDX 數(shù)據(jù)寄存器指針和變址 寄存器ALU數(shù)據(jù)總線(xiàn)（16位） CS

42、DS SS ES IP 內(nèi)部寄存器 DBAB 地址加法器指令隊(duì)列緩沖器20位8位段寄存器執(zhí)行部分(EU)總線(xiàn)接口部分(BIU)圖2-5 8086/8088CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖第24頁(yè)/共63頁(yè)2022-7-625第25頁(yè)/共63頁(yè)2022-7-6262.4 2.4 存儲(chǔ)器組成系統(tǒng)與接口 存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的記憶設(shè)備，用來(lái)存放程序和數(shù)據(jù)。存存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的記憶設(shè)備，用來(lái)存放程序和數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)器芯片可分兩類(lèi)：只讀存儲(chǔ)器（儲(chǔ)器芯片可分兩類(lèi)：只讀存儲(chǔ)器（ROM）和隨機(jī)存取存儲(chǔ)器）和隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）。）。1ROM 只讀存儲(chǔ)器（只讀存儲(chǔ)器（Read Only Memory，ROM）是為數(shù)據(jù)只

43、讀的）是為數(shù)據(jù)只讀的應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。這些芯片在加入系統(tǒng)之前，就已經(jīng)被某個(gè)外部編程應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。這些芯片在加入系統(tǒng)之前，就已經(jīng)被某個(gè)外部編程器件編程而裝好數(shù)據(jù)了。這個(gè)工作一旦完成，其數(shù)據(jù)通常不再改變，器件編程而裝好數(shù)據(jù)了。這個(gè)工作一旦完成，其數(shù)據(jù)通常不再改變，甚至在芯片斷電以后，甚至在芯片斷電以后，ROM芯片的數(shù)據(jù)也不會(huì)丟失。它主要用于芯片的數(shù)據(jù)也不會(huì)丟失。它主要用于存放常用功能的庫(kù)例程、系統(tǒng)程序和功能表。存放常用功能的庫(kù)例程、系統(tǒng)程序和功能表。 隨著可編程的方式和頻度不同，隨著可編程的方式和頻度不同，ROMROM芯片有幾種不同的類(lèi)型：芯片有幾種不同的類(lèi)型：掩膜式掩膜式ROMROM（MROMMRO

44、M） 、可編程、可編程ROMROM（PROMPROM）、可擦除）、可擦除PROM(EPROM)PROM(EPROM)、電可擦除電可擦除PROMPROM（E E2 2PROMPROM）。）。 第26頁(yè)/共63頁(yè)2022-7-627不管哪種不管哪種ROM，它們的外部配置幾乎是一樣的。如果一個(gè)芯片，它們的外部配置幾乎是一樣的。如果一個(gè)芯片有有2n個(gè)字，每個(gè)字有個(gè)字，每個(gè)字有m位，則它有位，則它有n個(gè)地址輸入個(gè)地址輸入An-1A0，m個(gè)數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)據(jù)輸出輸出Dm-1D0(當(dāng)芯片被編程時(shí)，數(shù)據(jù)引腳可以用作輸入端當(dāng)芯片被編程時(shí)，數(shù)據(jù)引腳可以用作輸入端)，還有，還有一個(gè)芯片使能輸入端（一個(gè)芯片使能輸入端（CE）

45、和一個(gè)使能輸出端（）和一個(gè)使能輸出端（OE）。如果芯片）。如果芯片要輸出數(shù)據(jù)，則要輸出數(shù)據(jù)，則CE和和OE都必須置為高電平（邏輯都必須置為高電平（邏輯1），否則他的），否則他的輸出就為高阻態(tài)輸出就為高阻態(tài)Z（一些芯片使低電平有效，（一些芯片使低電平有效，CE或者或者OE。除。除了掩膜式了掩膜式ROM，其他所有的，其他所有的ROM都有一個(gè)編程控制輸入端都有一個(gè)編程控制輸入端（VPP），芯片編程器用它向芯片輸入數(shù)據(jù)。），芯片編程器用它向芯片輸入數(shù)據(jù)。 第27頁(yè)/共63頁(yè)2022-7-6282RAM 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中常用的是隨機(jī)存儲(chǔ)器（計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中常用的是隨機(jī)存儲(chǔ)器（Random Access Memo

46、ry，RAM），），RAM的明顯特征是，既能從存儲(chǔ)器中讀取數(shù)據(jù)，也能方的明顯特征是，既能從存儲(chǔ)器中讀取數(shù)據(jù)，也能方便、快速地寫(xiě)入數(shù)據(jù)，通過(guò)使用電信號(hào)完成讀寫(xiě)操作。便、快速地寫(xiě)入數(shù)據(jù)，通過(guò)使用電信號(hào)完成讀寫(xiě)操作。RAM的另的另一個(gè)明顯特征是易散失性。一個(gè)明顯特征是易散失性。RAM必須有直流電源供電，一旦電源必須有直流電源供電，一旦電源中斷，數(shù)據(jù)就會(huì)丟失。因此，中斷，數(shù)據(jù)就會(huì)丟失。因此，RAM用于暫時(shí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。用于暫時(shí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。 RAM可分為靜態(tài)可分為靜態(tài)RAM（SRAM）和動(dòng)態(tài)）和動(dòng)態(tài)RAM（DRAM）兩）兩類(lèi)。類(lèi)。SRAM通常比通常比DRAM速度快。速度快。DRAM是用電容充電來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)是用電

47、容充電來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的，電容器中有無(wú)電荷分別代表二進(jìn)制的的，電容器中有無(wú)電荷分別代表二進(jìn)制的0和和1。因?yàn)殡娙萜饔凶匀弧Ｒ驗(yàn)殡娙萜饔凶匀环烹姮F(xiàn)象，因此放電現(xiàn)象，因此DRAM需要定期充電（刷新）來(lái)保證存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)有需要定期充電（刷新）來(lái)保證存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)有效。而效。而SRAM則采用傳統(tǒng)的觸發(fā)器中的邏輯門(mén)來(lái)存儲(chǔ)二進(jìn)制值。一則采用傳統(tǒng)的觸發(fā)器中的邏輯門(mén)來(lái)存儲(chǔ)二進(jìn)制值。一旦數(shù)據(jù)寫(xiě)入到旦數(shù)據(jù)寫(xiě)入到SRAM，在提供電源的情況下，它的內(nèi)容保持不變，在提供電源的情況下，它的內(nèi)容保持不變，也不需要刷新。也不需要刷新。 第28頁(yè)/共63頁(yè)2022-7-6292.4.1 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器芯片的內(nèi)部組成 ROM和和RAM芯片的內(nèi)部

48、組成是很相似的。先介紹一個(gè)最簡(jiǎn)芯片的內(nèi)部組成是很相似的。先介紹一個(gè)最簡(jiǎn)單的組成單的組成線(xiàn)性組成（線(xiàn)性組成（liner organization），我們看一個(gè)），我們看一個(gè)82的的ROM芯片，如圖芯片，如圖2-6所示。為了簡(jiǎn)化，未畫(huà)出編程器件。這個(gè)芯所示。為了簡(jiǎn)化，未畫(huà)出編程器件。這個(gè)芯片有三個(gè)地址輸入端和兩個(gè)數(shù)據(jù)輸出端，以及片有三個(gè)地址輸入端和兩個(gè)數(shù)據(jù)輸出端，以及16位的內(nèi)部存儲(chǔ)元件，位的內(nèi)部存儲(chǔ)元件，它們排列成它們排列成8個(gè)單元，每個(gè)單元個(gè)單元，每個(gè)單元2位。位。 三個(gè)地址位三個(gè)地址位A A0 0-A-A2 2經(jīng)過(guò)譯碼，可以選擇經(jīng)過(guò)譯碼，可以選擇8 8個(gè)單元中的一個(gè)單元，個(gè)單元中的一個(gè)單元，

49、但是只有芯片的使能端有效才能進(jìn)行。如果但是只有芯片的使能端有效才能進(jìn)行。如果CE=0CE=0，譯碼器被禁止，譯碼器被禁止，則不能選擇任何單元。如果則不能選擇任何單元。如果CE=1CE=1且且OE=1OE=1，則這些數(shù)據(jù)緩沖器有效，則這些數(shù)據(jù)緩沖器有效，數(shù)據(jù)從芯片中輸出。否則芯片輸出高阻態(tài)。數(shù)據(jù)從芯片中輸出。否則芯片輸出高阻態(tài)。 第29頁(yè)/共63頁(yè)2022-7-630譯碼器D1D0CEOE3-80123456EA1A2 A0111021203130414051506160700101761圖2-6 82 ROM芯片的內(nèi)部線(xiàn)性組成第30頁(yè)/共63頁(yè)2022-7-631 隨著單元數(shù)量的增加，該線(xiàn)性組

50、成中的地址譯碼器的規(guī)模會(huì)隨著單元數(shù)量的增加，該線(xiàn)性組成中的地址譯碼器的規(guī)模會(huì)變得非常變得非常 大。為了解決這一問(wèn)題，存儲(chǔ)芯片可以設(shè)計(jì)成多位譯碼大。為了解決這一問(wèn)題，存儲(chǔ)芯片可以設(shè)計(jì)成多位譯碼方 式 。 同 樣 的方 式 。 同 樣 的 8 2 R O M 芯 片 可 以 采 用 二 維 組 成 （芯 片 可 以 采 用 二 維 組 成 （ t w o -dimensional organization），如圖），如圖2-7所示。這個(gè)配置有四行，每所示。這個(gè)配置有四行，每行行4位，代表位，代表2個(gè)數(shù)據(jù)值，例如圖中的第一行包含地址個(gè)數(shù)據(jù)值，例如圖中的第一行包含地址0和地址和地址1的數(shù)的數(shù)據(jù)。每一行

51、的高兩位地址是一樣的，這兩位高地址選擇四行中的一據(jù)。每一行的高兩位地址是一樣的，這兩位高地址選擇四行中的一行，而低地址位則選擇此行兩個(gè)單元中的某一個(gè)單元。芯片的使能行，而低地址位則選擇此行兩個(gè)單元中的某一個(gè)單元。芯片的使能端的作用與圖端的作用與圖2-6線(xiàn)性組成一樣。線(xiàn)性組成一樣。 在大型存儲(chǔ)芯片中，這種多維譯碼方式顯得極其重要。假如一在大型存儲(chǔ)芯片中，這種多維譯碼方式顯得極其重要。假如一個(gè)個(gè)409640961 1芯片，采用線(xiàn)性組成將需要一個(gè)芯片，采用線(xiàn)性組成將需要一個(gè)12-409612-4096譯碼器。如果譯碼器。如果新片排成新片排成64646464的二位數(shù)組，它將有兩個(gè)的二位數(shù)組，它將有兩個(gè)

52、6-646-64譯碼器：一個(gè)用來(lái)選譯碼器：一個(gè)用來(lái)選擇擇6464行中的一行，另一個(gè)用來(lái)選擇該行中行中的一行，另一個(gè)用來(lái)選擇該行中6464個(gè)單元中的一個(gè)單元。個(gè)單元中的一個(gè)單元。譯碼器大小與輸出的數(shù)量成正比。譯碼器大小與輸出的數(shù)量成正比。 第31頁(yè)/共63頁(yè)2022-7-632譯碼器A2A1 A00123E2-401214161002040601131517130507010譯碼器10E1-2CEOED1D0圖2-7 82 ROM芯片的內(nèi)部二維組成 第32頁(yè)/共63頁(yè)2022-7-6332.4.2 存儲(chǔ)器子系統(tǒng)的配置 構(gòu)造包含一個(gè)簡(jiǎn)單芯片的存儲(chǔ)器是非常簡(jiǎn)單容易的，只需要構(gòu)造包含一個(gè)簡(jiǎn)單芯片的存儲(chǔ)

53、器是非常簡(jiǎn)單容易的，只需要從系統(tǒng)總線(xiàn)上連接地址信號(hào)線(xiàn)、數(shù)據(jù)信號(hào)線(xiàn)和控制信號(hào)線(xiàn)就可以完從系統(tǒng)總線(xiàn)上連接地址信號(hào)線(xiàn)、數(shù)據(jù)信號(hào)線(xiàn)和控制信號(hào)線(xiàn)就可以完成了。然而，由于單片存儲(chǔ)芯片的容量總是有限的，很難滿(mǎn)足實(shí)際成了。然而，由于單片存儲(chǔ)芯片的容量總是有限的，很難滿(mǎn)足實(shí)際的需要，因此，大多數(shù)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)需要多個(gè)芯片，必須將若干存的需要，因此，大多數(shù)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)需要多個(gè)芯片，必須將若干存儲(chǔ)芯片連在一起才能組成容量足夠的存儲(chǔ)器，下面介紹組合存儲(chǔ)芯儲(chǔ)芯片連在一起才能組成容量足夠的存儲(chǔ)器，下面介紹組合存儲(chǔ)芯片來(lái)形成存儲(chǔ)器系統(tǒng)的一些方法。片來(lái)形成存儲(chǔ)器系統(tǒng)的一些方法。1位擴(kuò)展法位擴(kuò)展法 位擴(kuò)展法是指增加存儲(chǔ)字長(zhǎng)，用兩

54、個(gè)或更多芯片組合起來(lái)構(gòu)造位擴(kuò)展法是指增加存儲(chǔ)字長(zhǎng)，用兩個(gè)或更多芯片組合起來(lái)構(gòu)造一個(gè)每個(gè)單元有多位的存儲(chǔ)器。這可以通過(guò)連接芯片相應(yīng)的地址信一個(gè)每個(gè)單元有多位的存儲(chǔ)器。這可以通過(guò)連接芯片相應(yīng)的地址信號(hào)線(xiàn)和控制信號(hào)線(xiàn)，并將它們的數(shù)據(jù)引腳連到數(shù)據(jù)總線(xiàn)的不同位上號(hào)線(xiàn)和控制信號(hào)線(xiàn)，并將它們的數(shù)據(jù)引腳連到數(shù)據(jù)總線(xiàn)的不同位上來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，2個(gè)個(gè)82芯片可以組合成一個(gè)芯片可以組合成一個(gè)84存儲(chǔ)器，如圖存儲(chǔ)器，如圖2-8所示，兩個(gè)芯片從地址總線(xiàn)上接收相同的三位地址，還有共同的芯所示，兩個(gè)芯片從地址總線(xiàn)上接收相同的三位地址，還有共同的芯片使能信號(hào)和輸出使能信號(hào)。第一個(gè)芯片的數(shù)據(jù)引腳連到數(shù)據(jù)總線(xiàn)片使能信

55、號(hào)和輸出使能信號(hào)。第一個(gè)芯片的數(shù)據(jù)引腳連到數(shù)據(jù)總線(xiàn)的第的第3位和第位和第2位，第二個(gè)芯片的數(shù)據(jù)引腳則連在第位，第二個(gè)芯片的數(shù)據(jù)引腳則連在第1位和第位和第0位。位。 第33頁(yè)/共63頁(yè)2022-7-634D3D2D1D0A1A2A0ROM82CEOEA2A1A0D0D1ROM82CEOEA2A1A0D0D1圖2-8 兩個(gè)82ROM芯片構(gòu)成 的84存儲(chǔ)器子系統(tǒng) 當(dāng)CPU讀取數(shù)據(jù)時(shí)，它將地址放在地址總線(xiàn)上，兩個(gè)芯片讀取地址位A2、A1、A0，并執(zhí)行內(nèi)部譯碼操作。如果CE和OE信號(hào)有效，兩個(gè)芯片則輸出數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)總線(xiàn)的四位上。因?yàn)閮蓚€(gè)芯片的地址和使能信號(hào)是相同的，因此在任一時(shí)刻兩個(gè)芯片要么同時(shí)有效，要么

56、同時(shí)無(wú)效?；谶@個(gè)原因，它們的行為就像一個(gè)單一的84芯片，至少對(duì)于CPU來(lái)說(shuō)是這樣的。 第34頁(yè)/共63頁(yè)2022-7-6352字?jǐn)U展法字?jǐn)U展法 字?jǐn)U展法是指僅增加存儲(chǔ)器字的數(shù)量，而存儲(chǔ)器字長(zhǎng)不變，因字?jǐn)U展法是指僅增加存儲(chǔ)器字的數(shù)量，而存儲(chǔ)器字長(zhǎng)不變，因此將芯片的地址線(xiàn)、數(shù)據(jù)線(xiàn)、讀此將芯片的地址線(xiàn)、數(shù)據(jù)線(xiàn)、讀/寫(xiě)控制線(xiàn)并聯(lián)，而由芯片選擇信號(hào)寫(xiě)控制線(xiàn)并聯(lián)，而由芯片選擇信號(hào)來(lái)區(qū)分各芯片的地址，所以芯片選擇信號(hào)端連接到片選譯碼器的輸來(lái)區(qū)分各芯片的地址，所以芯片選擇信號(hào)端連接到片選譯碼器的輸出端。出端。 如圖如圖2-9（a）所示，用兩個(gè)）所示，用兩個(gè)82芯片能夠構(gòu)成一個(gè)芯片能夠構(gòu)成一個(gè)162的存的存儲(chǔ)

57、系統(tǒng)，上面的芯片構(gòu)成存儲(chǔ)器的儲(chǔ)系統(tǒng)，上面的芯片構(gòu)成存儲(chǔ)器的07（00000111）單元，下面的）單元，下面的芯片作為單元芯片作為單元815（10001111）?？梢酝ㄟ^(guò)信號(hào)）。可以通過(guò)信號(hào)A3來(lái)選擇芯片，來(lái)選擇芯片，當(dāng)當(dāng)A3=0時(shí)，上面的芯片有效，下面的芯片無(wú)效；當(dāng)時(shí)，上面的芯片有效，下面的芯片無(wú)效；當(dāng)A3=1時(shí)情況相時(shí)情況相反。輸出使能端需要連接起來(lái)。反。輸出使能端需要連接起來(lái)。 因?yàn)橹挥行酒行Р拍茌敵鰯?shù)據(jù)。由于兩個(gè)芯片對(duì)應(yīng)相同的數(shù)因?yàn)橹挥行酒行Р拍茌敵鰯?shù)據(jù)。由于兩個(gè)芯片對(duì)應(yīng)相同的數(shù)據(jù)位，因此都可以連接到數(shù)據(jù)總線(xiàn)的據(jù)位，因此都可以連接到數(shù)據(jù)總線(xiàn)的D1和和D0位上。位上。 第35頁(yè)/共63

58、頁(yè)2022-7-636圖2-9 兩個(gè)82ROM芯片構(gòu)造162存儲(chǔ)器子系統(tǒng) （a）高位交叉第36頁(yè)/共63頁(yè)2022-7-637 這種配置使用的是高位交叉（high-order interleaving）技術(shù)，統(tǒng)一芯片的所有存儲(chǔ)單元在系統(tǒng)內(nèi)存中是連續(xù)的。還有一種是低位交叉（low-order interleaving）技術(shù)，如圖2-9（b）所示，上面的芯片當(dāng)A0=0或者當(dāng)?shù)刂肺粸閤xx0時(shí)有效，此時(shí)地址為0、2、4、6、8、10和12；下面的芯片當(dāng)A0=1時(shí)有效，條件是地址為1、3、5、7、9、13、15。對(duì)于CPU來(lái)說(shuō)，兩種技術(shù)是相同的。但低位交叉能為流水線(xiàn)存儲(chǔ)器訪(fǎng)問(wèn)技術(shù)提供速度上的優(yōu)勢(shì)，對(duì)于

59、能夠同時(shí)從多于一個(gè)存儲(chǔ)器單元中讀取數(shù)據(jù)的CPU來(lái)說(shuō)，低位交叉也存在速度上的優(yōu)勢(shì)。第37頁(yè)/共63頁(yè)2022-7-638圖2-9 兩個(gè)82ROM芯片構(gòu)造162存儲(chǔ)器子系統(tǒng) （b）低位交叉 第38頁(yè)/共63頁(yè)2022-7-6392.4.3 多字節(jié)數(shù)據(jù)的組成 許多數(shù)據(jù)格式使用多個(gè)字節(jié)（一個(gè)字節(jié)許多數(shù)據(jù)格式使用多個(gè)字節(jié)（一個(gè)字節(jié)8位）來(lái)表示一個(gè)數(shù)值，位）來(lái)表示一個(gè)數(shù)值，而不管此數(shù)據(jù)是整形、浮點(diǎn)數(shù)還是字符串。由于大多數(shù)而不管此數(shù)據(jù)是整形、浮點(diǎn)數(shù)還是字符串。由于大多數(shù)CPU給給8位位的存儲(chǔ)器單元分配地址，因此這些字必需存儲(chǔ)在多個(gè)單元中，每個(gè)的存儲(chǔ)器單元分配地址，因此這些字必需存儲(chǔ)在多個(gè)單元中，每個(gè)CPU必

60、須定義數(shù)據(jù)在這些單元中的存儲(chǔ)順序。必須定義數(shù)據(jù)在這些單元中的存儲(chǔ)順序。 常用的多字節(jié)數(shù)據(jù)排列順序有兩種：高位優(yōu)先（常用的多字節(jié)數(shù)據(jù)排列順序有兩種：高位優(yōu)先（big endian）和低位優(yōu)先（和低位優(yōu)先（litter endian）。按照高位優(yōu)先的格式，如果一個(gè)數(shù)）。按照高位優(yōu)先的格式，如果一個(gè)數(shù)值的最高字節(jié)存儲(chǔ)在單元值的最高字節(jié)存儲(chǔ)在單元X中，次高位字節(jié)則存儲(chǔ)在單元中，次高位字節(jié)則存儲(chǔ)在單元X+1中，中，其他字節(jié)以此類(lèi)推。例如，十六進(jìn)制數(shù)其他字節(jié)以此類(lèi)推。例如，十六進(jìn)制數(shù)01020304H（H表示十六進(jìn)表示十六進(jìn)制）從單元制）從單元1000H開(kāi)始存儲(chǔ)，則存儲(chǔ)結(jié)果如表開(kāi)始存儲(chǔ)，則存儲(chǔ)結(jié)果如表2-