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文檔簡(jiǎn)介
ComputerEnglish
Chapter2Organizationof
Computers
Chapter1TheHistoryandFutureofComputers
Keypoints:
usefultermsandorganization
ofcomputers.H
Difficultpoints:
describingtheorganizationof
computers
計(jì)算機(jī)專業(yè)英語1-42
Chapter1TheHistoryandFutureofComputers
Requiremeiits:
1.Termsofcomputerhardware
2.Organizationofcomputersandtheirfunctions
3.掌握專業(yè)詞匯的構(gòu)成規(guī)律,特別是常用詞綴及復(fù)合詞
的構(gòu)成
計(jì)算機(jī)專業(yè)英語1-43
Chapter1TheHistoryandFutureofComputers
2.1BasicOrganizationofComputers
NewWords&Expressions:
instructioncycle指令周期decodevt.解碼,譯解
busu?總線pinsn.插腳,管腳
uppermostadj?最高的;adv.在最上addressbus地址總線
databus數(shù)據(jù)總線viaprep?經(jīng),通過,經(jīng)由
multibit多位bidirectional雙向的
unidirectional單向的hierarchyn?層次,層級(jí)
microprocessorn?微處理器registern?寄存器
timingn.定時(shí);時(shí)序;時(shí)間選擇synchronizevt?使…同步
assertvt.主張,發(fā)出deassertvt.撤銷
triggervt?引發(fā),引起,觸發(fā)mapv?映射
portn?端口
Abbreviations:
CPU(CentralProcessingUnit)中央處理器
I/O(Input/Output)輸入輸出(設(shè)備)
計(jì)算機(jī)專業(yè)英語1-44
Chapter1TheHistoryandFutureofComputers
2.1BasicOrganizationofComputers
Memory
Subsystem
Fig.2-1Genericcomputerorganization
計(jì)算機(jī)專業(yè)英語1-45
Chapter1TheHistoryandFutureofComputers
2.1BasicOrganizationofComputers
Mostcomputersystems,fromtheembeddedcontrollersfoundin
automobilesandconsumerappliancestopersonalcomputers
andmainframes,havethesamebasicorganization.This
organizationhasthreemaincomponents:theCPU,thememory
subsystem,andtheI/Osubsystem.Thegenericorganizationof
thesecomponentsisshowninFigure2-1.
大多數(shù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng),從汽車和日用電器中的嵌入式控制器到
個(gè)人計(jì)算機(jī)和大型主機(jī),都具有相同的基本組成。其基本組
成包括三個(gè)主要部件:CPU、存儲(chǔ)器子系統(tǒng)和I/O子系統(tǒng)。這
些部件的一般組成如圖24所示。
計(jì)算機(jī)專業(yè)英語1-46
Chapter1TheHistoryandFutureofComputers
2.1.1SystemBuses
Physically,abusisasetofwires.Thecomponentsofthecomputerare
connectedtothebuses.Tosendinformationfromonecomponentto
another,thesourcecomponentoutputsdataontothebus.Thedestination
componenttheninputsthisdatafromthebus.Asthecomplexityofa
computersystemincreases,itbecomesmoreefficient(intermsof
minimizingconnections)atusingbusesratherthandirectconnections
betweeneverypairofdevices.Busesuselessspaceonacircuitboardand
requirelesspowerthanalargenumberofdirectconnections.Theyalso
requirefewerpinsonthechiporchipsthatcomprisetheCPU.
從物理上來說,總線就是一組導(dǎo)線。計(jì)算機(jī)的部件就是連在總線上的。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)輸出到總線上,然后目標(biāo)部件再?gòu)目偩€上
接受這些數(shù)據(jù)。隨著計(jì)算機(jī)系統(tǒng)復(fù)雜性的不斷增長(zhǎng),使用總線比每個(gè)設(shè)備對(duì)之間直接
連接要有效得多(就減少連接數(shù)量而言)。與大量的直接連接相比,總線使用較少的
電路板空間,耗能更少,并且在芯片或組成CPU的芯片組上需要較少的引腳。
計(jì)算機(jī)專業(yè)英語1-47
Chapter1TheHistoryandFutureofComputers
2.1.1SystemBuses
ThesystemshowninFigure2-1hasthreebuses.Theuppermostbusinthisfigure
istheaddressbus.WhentheCPUreadsdataorinstructionsfromorwritesdatato
memory,itmustspecifytheaddressofthememorylocationitwishestoaccess.It
outputsthisaddresstotheaddressbus;memoryinputsthisaddressfromthe
addressbusanduseittoaccessthepropermemorylocation.EachI/Odevices,
suchasakeyboard,monitor,ordiskdrive,hasauniqueaddressaswell.When
accessinganI/Odevice,theCPUplacestheaddressofthedeviceontheaddress
bus.Eachdevicecanreadtheaddressoffofthebusanddeterminewhetheritis
thedevicebeingaccessedbytheCPU.Unliketheotherbuses,theaddressbus
alwaysreceivesdatafromtheCPU;theCPUneverreadstheaddressbus.
圖2”所示的系統(tǒng)包括三組總線。最上面的是地址總線。當(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),它必須指明將要訪問的存儲(chǔ)器單元地址。CPU將地址
輸出到地址總線上,而存儲(chǔ)器從地址總線上讀取地址,并且用它來訪問正確的存儲(chǔ)單
元。每個(gè)I/O設(shè)備,比如鍵盤、顯示器或者磁盤,同樣都有一個(gè)唯一的地址。當(dāng)訪問
某個(gè)I/O設(shè)備時(shí),CPU將此設(shè)備的地址放到地址總線上。每一個(gè)設(shè)備均從總線上讀取
地址并且判斷自己是否就是CPU正要訪問的設(shè)備。與其他總線不同,地址總線總是
從CPU上接收信息,而CPU從不讀取地址總線。
計(jì)算機(jī)專業(yè)英語1-48
Chapter1TheHistoryandFutureofComputers
2.1.1SystemBuses
Dataistransferredviathedatabus.WhentheCPUfetchesdata
frommemory,itfirstoutputsthememoryaddressonitsaddress
bus.Thenmemoryoutputsthedataontothedatabus;theCPUcan
thenreadthedatafromthedatabus.Whenwritingdatatomemory,
theCPUfirstoutputstheaddressontotheaddressbus,then
outputsthedataontothedatabus.Memorythenreadsandstores
thedataattheproperlocation.Theprocessesforreadingdatafrom
andwritingdatatotheI/Odevicesaresimilar.
數(shù)據(jù)是通過數(shù)據(jù)總線傳送的。當(dāng)CPU從存儲(chǔ)器中取數(shù)據(jù)時(shí),它首先把存儲(chǔ)器
地址輸出到地址總線上,然后存儲(chǔ)器將數(shù)據(jù)輸出到數(shù)據(jù)總線上,這樣CPU就
可以從數(shù)據(jù)總線上讀取數(shù)據(jù)了。當(dāng)CPU向存儲(chǔ)器中寫數(shù)據(jù)時(shí),它首先將地址
輸出到地址總線上,然后把數(shù)據(jù)輸出到數(shù)據(jù)總線上,這樣存儲(chǔ)器就可以從數(shù)
據(jù)總線上讀取數(shù)據(jù)并將它存儲(chǔ)到正確的單元中。對(duì)I/O設(shè)備讀寫數(shù)據(jù)的過程
與此類似。
計(jì)算機(jī)專業(yè)英語1-49
Chapter1TheHistoryandFutureofComputers
2.1.1SystemBuses
Thecontrolbusisdifferentfromtheothertwobuses.Theaddressbusconsistsof
nlines,whichcombinetotransmitonen-bitaddressvalue.Similarly,thelinesof
thedatabusworktogethertotransmitasinglemultibitvalue.Incontrast,the
controlbusisacollectionofindividualcontrolsignals.Thesesignalsindicate
whetherdataistobereadintoorwrittenoutoftheCPU,whethertheCPUis
accessingmemoryoranI/Odevice,andwhethertheI/Odeviceormemoryis
readytotransferdata.AlthoughthisbusisshownasbidirectionalinFigure2-1,it
isreallyacollectionof(mostly)unidirectionalsignals.Mostofthesesignalsare
outputfromtheCPUtothememoryandI/Osubsystems,althoughafeware
outputbythesesubsystemstotheCPU.Weexaminethesesignalsinmoredetail
whenwelookattheinstructioncycleandthesubsysteminterface.
控制總線與以上兩種總線都不相同。地址總線由n根線構(gòu)成,n根線聯(lián)合傳送一個(gè)n位
的地址值。類似地,數(shù)據(jù)總線的各條線合起來傳輸一個(gè)單獨(dú)的多位值。相反,控制總
線是單根控制信號(hào)的集合。這些信號(hào)用來指示數(shù)據(jù)是要讀入CPU還是要從CPU寫出,
CPU是要訪問存儲(chǔ)器還是要訪問DO設(shè)備,是I/O設(shè)備還是存儲(chǔ)器已就緒要傳送數(shù)據(jù)等
等。雖然圖2?1所示的控制總線看起來是雙向的,但它實(shí)際上(主要)是單向(大多
數(shù)都是)信號(hào)的集合。大多數(shù)信號(hào)是從CPU輸出到存儲(chǔ)器與I/O子系統(tǒng)的,只有少數(shù)
是從這些子系統(tǒng)輸出到CPU的。在介紹指令周期和子系統(tǒng)接口時(shí),我們將詳細(xì)地討論
這些信號(hào)。計(jì)算機(jī)專業(yè)英語1-50
Chapter1TheHistoryandFutureofComputers
2.1.1SystemBuses
Asystemmayhaveahierarchyofbuses.Forexample,itmayuse
itsaddress,data,andcontrolbusestoaccessmemory,andanI/O
controller.TheI/Ocontroller,inturn,mayaccessallI/Odevices
usingasecondbus,oftencalledanI/Obusoralocalbus.
一個(gè)系統(tǒng)可能具有分層次的總線。例如,它可能使用地址、數(shù)
據(jù)和控制總線來訪問存儲(chǔ)器和I/O控制器。I/O控制器可能依次
使用第二級(jí)總線來訪問所有的I/O設(shè)備,第二級(jí)總線通常稱為
I/O總線或者局部總線。
計(jì)算機(jī)專業(yè)英語1-51
Chapter1TheHistoryandFutureofComputers
2.1.2InstructionCycle
Theinstructioncycleistheprocedureamicroprocessorgoesthroughtoprocess
aninstruction.Firstthemicroprocessorfetches,orreads,theinstructionfrom
memory.Thenitdecodestheinstruction,determiningwhichinstructionithas
fetched.Finally,itperformstheoperationsnecessarytoexecutetheinstruction.
(Somepeoplealsoincludeanadditionalelementintheinstructioncycletostore
results.Here,weincludethatoperationaspartoftheexecutefunction.)Eachof
thesefunctions—fetch,decode,andexecute—consistsofasequenceofoneor
moreoperations.
指令周期是微處理器完成一條指令處理的步驟。首先,微處理器從存儲(chǔ)器讀
取指令,然后將指令譯碼,辯明它取的是哪一條指令。最后,它完成必要的
操作來執(zhí)行指令(有人認(rèn)為在指令周期中還要包括一個(gè)附加的步驟來存儲(chǔ)結(jié)
果,這里我們把該操作當(dāng)作執(zhí)行功能的一部分)。每一個(gè)功能——讀取、譯
碼和執(zhí)行都包括一個(gè)或多個(gè)操作。
計(jì)算機(jī)專業(yè)英語1-52
Chapter1TheHistoryandFutureofComputers
2.1.2InstructionCycle
Let'sstartwherethecomputerstarts,withthemicroprocessor
fetchingtheinstructionfrommemory.First,themicroprocessor
placestheaddressoftheinstructionontotheaddressbus.The
memorysubsysteminputsthisaddressanddecodesittoaccessthe
siredmemorylocation.(Welookathowthisdecodingoccurs
whenweexaminethememorysubsysteminmoredetaillaterin
thischapter.)
我們從微處理器從存儲(chǔ)器中取指令開始講述。首先,微處理器
把指令的地址放到地址總線上,然后,存儲(chǔ)器子系統(tǒng)從總線上
輸入該地址并予以譯碼,去訪問指定的存儲(chǔ)單元。(譯碼是如
何進(jìn)行的,我們將在后面的章節(jié)中介紹存儲(chǔ)器子系統(tǒng)是更為詳
細(xì)的討論。)
計(jì)算機(jī)專業(yè)英語1-53
Chapter1TheHistoryandFutureofComputers
2.1.2InstructionCycle
Afterthemicroprocessorallowssufficienttimeformemorytodecodethe
addressandaccesstherequestedmemorylocation,themicroprocessorassertsa
READcontrolsignal.TheREADsignalisasignalonthecontrolbuswhichthe
microprocessorassertswhenitisreadytoreaddatafrommemoryoranI/O
device.(Someprocessorshaveadifferentnameforthissignal,butall
microprocessorshaveasignaltoperformthisfunction.)Dependingonthe
microprocessor,theREADsignalmaybeactivehigh(asserted-1)oractivelow
(asserted-0).
當(dāng)微處理器為存儲(chǔ)器留出充足的時(shí)間來對(duì)地址譯碼和訪問所需的存儲(chǔ)單元之
后,微處理器發(fā)出一個(gè)讀(READ)控制信號(hào)。當(dāng)微處理器準(zhǔn)備好可以從存
儲(chǔ)器或是I/O設(shè)備讀數(shù)據(jù)時(shí),它就在控制總線上發(fā)一個(gè)讀信號(hào)。(一些處理器
對(duì)于這個(gè)信號(hào)有不同的名字,但所有處理器都有這樣的信號(hào)來執(zhí)行這個(gè)功
能。)根據(jù)微處理器的不同,讀信號(hào)可能是高電平有效(信號(hào)=1),也可能
是低電平有效(信號(hào)=0)。
計(jì)算機(jī)專業(yè)英語1-54
Chapter1TheHistoryandFutureofComputers
2.1.2InstructionCycle
WhentheREADsignalisasserted,thememorysubsystemplaces
theinstructioncodetobefetchedontothecomputersystem'sdata
bus,Themicroprocessortheninputsthisdatafromthebusand
storesitinoneofitsinternalregisters.Atthispoint,the
microprocessorhasfetchedtheinstruction.
讀信號(hào)發(fā)出后,存儲(chǔ)器子系統(tǒng)就把要取的指令碼放到計(jì)算機(jī)的
數(shù)據(jù)總線上,微處理器就從數(shù)據(jù)總線上輸入該數(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,微處理器已經(jīng)取得了指令。
計(jì)算機(jī)專業(yè)英語1-55
Chapter1TheHistoryandFutureofComputers
2.1.2InstructionCycle
Next,themicroprocessordecodestheinstruction.Eachinstruction
mayrequireadifferentsequenceofoperationstoexecutethe
instruction.Whenthemicroprocessordecodestheinstruction,it
determineswhichinstructionitisinordertoselectthecorrect
sequenceofoperationstoperform.Thisisdoneentirelywithinthe
microprocessor;itdoesnotusethesystembuses.
接下來,微處理器對(duì)這條指令譯碼。每一條指令可能要有不同
的操作序列來執(zhí)行。當(dāng)微處理器對(duì)該指令譯碼是,它確定處理
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
在微處理器內(nèi)完成,不需要使用系統(tǒng)總線。
計(jì)算機(jī)專業(yè)英語1-56
Chapter1TheHistoryandFutureofComputers
2.1.2InstructionCycle
Finally,themicroprocessorexecutestheinstruction.Thesequenceofoperations
toexecutetheinstructionvariesfrominstructiontoinstruction.Theexecute
routinemayreaddatafrommemory,writedatatomemory,readdatafromor
writedatatoanI/Odevice,performonlyoperationswithintheCPU,orperform
somecombinationoftheseoperations.Wenowlookathowthecomputer
performstheseoperationsfromasystemperspective.
最后,微處理器執(zhí)行該指令。指令不同,執(zhí)行的操作序列也不
同。執(zhí)行過程可以是從存儲(chǔ)器讀取數(shù)據(jù),寫數(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)部操作或者執(zhí)行多個(gè)上述操作
的組合。下面我們從系統(tǒng)的角度來看計(jì)算機(jī)是怎樣執(zhí)行這些操
作的。
計(jì)算機(jī)專業(yè)英語1-57
Chapter1TheHistoryandFutureofComputers
2.1.2InstructionCycle
Toreaddatafrommemory,themicroprocessorperformsthesame
sequenceofoperationsitusestofetchaninstructionfrommemory.
Afterall,fetchinganinstructionissimplyreadingitfrommemory.
Figure2-2(a)showsthetimingoftheoperationstoreaddatafrom
memory.
微處理器從存儲(chǔ)器讀取數(shù)據(jù)所執(zhí)行的操作序列,同從存儲(chǔ)器中
去一條指令是一樣的。畢竟取指令就是簡(jiǎn)單地從存儲(chǔ)器中讀取
它。圖2?2(a)顯示了從存儲(chǔ)器中讀取數(shù)據(jù)的操作時(shí)序。
計(jì)算機(jī)專業(yè)英語1-58
Chapter1TheHistoryandFutureofComputers
2.1.2InstructionCycle
InFigure2-2,noticethetopsymbol,CLK.Thisisthecomputersystemclock;the
microprocessorusesthesystemclocktosynchronizeitsoperations.The
microprocessorplacestheaddressontothebusatthebeginningofaclockcycle,a
0/1sequenceofthesystemclock.Oneclockcyclelater,toallowtimeformemory
todecodetheaddressandaccessitsdata,themicroprocessorassertstheREAD
Signal.Thiscausesmemorytoplaceitsdataontothesystemdatabus.Duringthis
clockcycle,themicroprocessorreadsthedataoffthesystembusandstoresitin
oneofitsregisters.Attheendoftheclockcycleitremovestheaddressfromthe
addressbusanddeassertstheREADsignal.Memorythenremovesthedatafrom
thedatabus,completingthememoryreadoperation.
在圖2?2中,注意最上面的符號(hào)CLK,它是計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)時(shí)鐘,微處理器用系統(tǒng)時(shí)鐘
使其操作同步。在一個(gè)時(shí)鐘周期(系統(tǒng)時(shí)鐘的0/1序列)的開始位置,微處理器將地
址放到總線上。一個(gè)時(shí)鐘周期(允許存儲(chǔ)器對(duì)地址譯碼和訪問數(shù)據(jù)的時(shí)間)之后,微
處理器才發(fā)出讀信號(hào)。這使得存儲(chǔ)器將數(shù)據(jù)放到數(shù)據(jù)總線上。在這個(gè)時(shí)鐘周期之內(nèi),
微處理器從系統(tǒng)總線上讀取數(shù)據(jù),并存儲(chǔ)到它的某個(gè)寄存器中。在這個(gè)時(shí)鐘周期結(jié)束
時(shí),微處理器撤消地址總線上的地址,并撤消讀信號(hào)。然后存儲(chǔ)器從數(shù)據(jù)總線上撤消
數(shù)據(jù),也就完成了存儲(chǔ)器的讀操作。
計(jì)算機(jī)專業(yè)英語1-59
Chapter1TheHistoryandFutureofComputers
2.1.2InstructionCycle
ThetimingofthememorywriteoperationisshowninFigure2-2(b).The
processorplacestheaddressanddataontothesystembusesduringthefirst
clockcycle.ThemicroprocessorthenassertsaWRITEcontrolsignal(orits
equivalent)atthestartofthesecondclockcycle.JustastheREADsignalcauses
memorytoreaddata,theWRITEsignaltriggersmemorytostoredata.Some
timeduringthiscycle,memorywritesthedataonthedatabustothememory
locationwhoseaddressisontheaddressbus.Attheendofthiscycle,the
processorcompletesthememorywriteoperationbyremovingtheaddressand
datafromthesystembusesanddeassertingtheWRITEsignal.
存儲(chǔ)器寫操作的時(shí)序如圖2?2(b)所示。在第一個(gè)時(shí)鐘周期,處理器將地址和
數(shù)據(jù)放到總線上,然后在第二個(gè)時(shí)鐘周期開始時(shí)發(fā)出一個(gè)寫(WRITE)控
制信號(hào)(或與之等價(jià)的信號(hào))。像讀信號(hào)促使存儲(chǔ)器讀取數(shù)據(jù)一樣,寫信號(hào)
促使存儲(chǔ)器存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。在這個(gè)時(shí)鐘周期的某個(gè)時(shí)刻,存儲(chǔ)器將數(shù)據(jù)總線上的
數(shù)據(jù)寫入地址總線指示的存儲(chǔ)單元內(nèi)。當(dāng)這個(gè)時(shí)鐘周期結(jié)束,微處理器從系
統(tǒng)總線上撤消地址、數(shù)據(jù)及寫信號(hào)后,就完成了存儲(chǔ)器的寫操作。
計(jì)算機(jī)專業(yè)英語1-60
Chapter1TheHistoryandFutureofComputers
2.1.2InstructionCycle
TheI/Oreadandwriteoperationsaresimilartothememoryreadandwrite
operations.AprocessormayuseeithermemorymappedI/OorisolatedI/O.Ifthe
processorsupportsmemorymappedI/O,itfollowsthesamesequencesof
operationstoinputoroutputdataastoreaddatafromorwritedatatomemory,
thesequencesshowninFigure2-2.(Remember,inmemorymappedI/O,the
processortreatsanI/Oportasamemorylocation,soitisreasonabletotreatan
I/Odataaccessthesameasamemoryaccess.)ProcessorsthatuseisolatedI/O
followthesameprocessbuthaveasecondcontrolsignaltodistinguishbetween
I/Oandmemoryaccesses.(CPUsthatuseisolatedI/Ocanhaveamemory
locationandanI/Oportwiththesameaddress,whichmakesthisextrasignal
necessary.)
I/O的讀寫操作與存儲(chǔ)器的讀寫操作類似。處理器可以使用存儲(chǔ)器影射I/O或者是單獨(dú)
I/Oo如果處理器支持存儲(chǔ)器影射I/O,則它遵循從存儲(chǔ)器讀寫數(shù)據(jù)同樣的操作順序,
該順序如圖2?2所示(記住,在存儲(chǔ)器影射I/O中,處理器把一個(gè)I/O端口當(dāng)作某個(gè)存
儲(chǔ)單元,當(dāng)然I/O的數(shù)據(jù)訪問同存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)訪問一樣的)。使用單獨(dú)I/O的處理器遵
循同樣的處理過程,但是另有一個(gè)控制信號(hào)用以區(qū)別是I/O訪問還是存儲(chǔ)器訪問(使
用單獨(dú)I/O的CPU允許一個(gè)存儲(chǔ)單元和某個(gè)I/O端口具有相同的地址,因此需要這一額
外的信號(hào)加以區(qū)分)。
計(jì)算機(jī)專業(yè)英語1-61
Chapter1TheHistoryandFutureofComputers
2.1.2InstructionCycle
Finally,considerinstructionsthatareexecutedentirelywithinthe
microprocessor.TheINACinstructionoftheRelativelySimple
CPU,andtheMOVrl,r2instructionofthe8085microprocessor,
canbeexecutedwithoutaccessingmemoryorI/Odevices.As
withinstructiondecoding,theexecutionoftheseinstructionsdoes
notmakeuseofthesystembuses.
最后,考慮一下完全在微處理器內(nèi)部執(zhí)行的指令。相對(duì)簡(jiǎn)單
CPU的INAC指令和8085的MOVrl,r2指令的執(zhí)行都不要訪問
存儲(chǔ)器和I/O設(shè)備。按照指令譯碼的結(jié)果,這些指令的執(zhí)行不會(huì)
用到系統(tǒng)總線。
計(jì)算機(jī)專業(yè)英語1-62
Chapter1TheHistoryandFutureofComputers
2.2CPUORGANIZATION
NewWords&Expressions:
latch閉鎖,鎖存programcounter程序計(jì)數(shù)器
instructionregister指令寄存器operandn?操作數(shù)
incrementn?增量,加1flagregister標(biāo)志寄存器
pipelinen?流水線microsequenced微層序的
localbus局部總線
Abbreviations:
ALU(ArithmeticLogicUnit)算術(shù)邏輯單元
計(jì)算機(jī)專業(yè)英語1-63
Chapter1TheHistoryandFutureofComputers
2.2CPUORGANIZATION
TheCPUcontrolsthecomputer.Itfetchesinstructionsfrommemory,
supplyingtheaddressandcontrolsignalsneededbymemorytoaccessits
data.TheCPUdecodestheinstructionandcontrolstheexecutionprocedure.
Itperformssomeoperationsinternally,andsuppliestheaddress,data,and
controlsignalsneededbymemoryandI/Odevicestoexecutetheinstruction.
NothinghappensinthecomputerunlesstheCPUcausesittohappen.
CPU控制整個(gè)計(jì)算機(jī)。它從存儲(chǔ)器中取指令,提供存儲(chǔ)器需要
的地址和控制信號(hào)。CPU對(duì)指令譯碼并且控制整個(gè)執(zhí)行過程。
它執(zhí)行一些內(nèi)部操作,并且為存儲(chǔ)器和I/O設(shè)備執(zhí)行指令提供必
要的地址、數(shù)據(jù)和控制信號(hào)。除非CPU激發(fā),否則,計(jì)算機(jī)什
么事情都不會(huì)發(fā)生。
計(jì)算機(jī)專業(yè)英語1-64
Chapter1TheHistoryandFutureofComputers
2.2CPUORGANIZATION
Internally,theCPUhasthreesections,asshowninFigure2-3.Theregister
sections,asitsnameimplies,includesasetofregistersandabusorother
communicationmechanism.Theregistersinaprocessorsinstructionset
architecturearefoundinthissectionoftheCPU.Thesystemaddressanddata
busesinteractwiththissectionoftheCPU.Theregistersectionalsocontains
otherregistersthatarenotdirectlyaccessiblebytheprogrammer.Therelatively
simpleCPUincludesregisterstolatchtheaddressbeingaccessedinmemoryand
atemporarystorageregister,aswellasotherregistersthatarenotapartofits
instructionsetarchitecture.
CPU內(nèi)部有三大分區(qū),如圖2?3所示。寄存器區(qū),顧名思義,它包括一組寄存
器、一條總線或其他通信機(jī)制。微處理器指令集結(jié)構(gòu)中的寄存器就屬于CPU
的這一分區(qū)。系統(tǒng)的地址和數(shù)據(jù)總線與寄存器交互。此分區(qū)還包括程序員不
能直接訪問的一些寄存器。相對(duì)簡(jiǎn)單CPU含有寄存器用以鎖存正在訪問的存
儲(chǔ)器地址,還有暫存器以及指令集結(jié)構(gòu)中沒有的其他寄存器等。
計(jì)算機(jī)專業(yè)英語1-65
Chapter1TheHistoryandFutureofComputers
2.2CPUORGANIZATION
Duringthefetchportionoftheinstructioncycle,theprocessorfirstoutputsthe
addressoftheinstructionontotheaddressbus.Theprocessorhasaregister
calledtheprogramcounter;theCPUkeepstheaddressofthenextinstructionto
befetchedinthisregister.BeforetheCPUoutputstheaddressontothesystem's
addressbus,itretrievestheaddressfromtheprogramcounterregister.Atthe
endoftheinstructionfetch,theCPUreadstheinstructioncodefromthesystem
databus.Itstoresthisvalueinaninternalregister,usuallycalledtheinstruction
registerorsomethingsimilar.
在指令周期的取指階段,處理器首先將指令的地址輸出到地址總線上。處理
器有一個(gè)寄存器叫做程序計(jì)數(shù)器,CPU將下一條要取的指令的地址存放在程
序計(jì)數(shù)器中。在CPU將地址輸出到系統(tǒng)的地址總線之前,必須從程序計(jì)數(shù)器
中取出該地址。在指令結(jié)束前,CPU從系統(tǒng)時(shí)局總線上讀取指令碼,它把該
指令碼存儲(chǔ)在某個(gè)內(nèi)部寄存器中,該寄存器通常稱作指令寄存器或其他相似
的名字。
計(jì)算機(jī)專業(yè)英語1-66
Chapter1TheHistoryandFutureofComputers
2.2CPUORGANIZATION
ThearithmeticlogicunitorALUperformsmostarithmeticandlogical
operations,suchasaddingorADDingvalues.Itreceivesitsoperandsfrom
theregistersectionoftheCPUandstoresitsresultsbackintheregister
section.SincetheALUmustcompleteitsoperationswithinasingleclock
cycle,itisconstructedusingonlycombinatoriallogic.TheADD
instructionsintherelativelysimpleCPUandthe8085microprocessoruse
theALUduringtheirexecutions.
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
運(yùn)算。它從CPU的寄存器取得操作數(shù),然后將運(yùn)算結(jié)果再存回
到寄存器區(qū)。由于必須在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成操作,因此ALU
只采用組合邏輯構(gòu)造而成。相對(duì)簡(jiǎn)單CPU和8085微處理器中的
ADD指令在執(zhí)行中都有使用ALU。
計(jì)算機(jī)專業(yè)英語1-67
Chapter1TheHistoryandFutureofComputers
2.2CPUORGANIZATION
JustastheCPUcontrolsthecomputer(inadditiontoitsotherfunctions),the
controlunitcontrolstheCPU.Thisunitgeneratestheinternalcontrolsignalsthat
causeregisterstoloaddata,incrementorcleartheircontents,andoutputtheir
contents,aswellascausetheALUtoperformthecorrectfunction.Thesesignals
areshownascontrolsignalsinFigure2-3.Thecontrolunitreceivessomedata
valuesfromtheregisterunit,whichitusestogeneratethecontrolsignals.This
dataincludestheinstructioncodeandthevaluesofsomeflagregisters.
同CPU控制整個(gè)計(jì)算機(jī)(除了其他功能外)一樣,控制單元控制著CPU。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1或清零,輸出它
的內(nèi)容,使得ALU完成正確的操作等等。這些信號(hào)作為控制信號(hào)顯示在圖2?
3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。
計(jì)算機(jī)專業(yè)英語1-68
Chapter1TheHistoryandFutureofComputers
2.2CPUORGANIZATION
Thecontrolunitalsogeneratesthesignalsforthesystemcontrol
bus,suchastheREAD,WRITE,andsignals.Amicroprocessor
typicallyperformsasequenceofoperationstofetch,decode,and
executeaninstruction.Byassertingtheseinternalandexternal
controlsignalsinthepropersequence,thecontrolunitcausesthe
CPUandtherestofthecomputertoperformtheoperations
neededtocorrectlyprocessinstructions.
控制單元也產(chǎn)生系統(tǒng)控制總線上的信號(hào),例如READ,WRATE,
信號(hào)等。典型的一個(gè)微處理器執(zhí)行取指令、譯指令和執(zhí)行指令
等一系列的操作。通過以正確的順序激發(fā)這些內(nèi)部或外部控制
信號(hào),控制單元使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。
計(jì)算機(jī)專業(yè)英語1-69
Chapter1TheHistoryandFutureofComputers
2.2CPUORGANIZATION
ThisdescriptionoftheCPUisincomplete.Currentprocessors
havemorecomplexfeaturesthatimprovetheirperformance.One
suchmechanism,theinstructionpipeline,allowstheCPUtofetch
oneinstructionwhilesimultaneouslyexecutinganotherinstruction.
以上對(duì)CPU的描述并不完整。現(xiàn)在的處理器擁有更加復(fù)雜的特
征以提高其性能。這些機(jī)制中有一種是指令流水線技術(shù),它允
許CPU在執(zhí)行一條指令的同時(shí)取出另一條指令。
計(jì)算機(jī)專業(yè)英語1-70
Chapter1TheHistoryandFutureofComputers
2.2CPUORGANIZATION
InthissectionwehaveintroducedtheCPUfromasystem
perspective,butwehavenotdiscusseditsinternaldesign.We
examinetheregisters,datapaths,andcontrolunit,allofwhich
acttogethertocausetheCPUtoproperlyfetch,decode,and
executeinstructions.MicrosequencedCPUshavethesame
registers,ALUsanddatapathsashardwiredCPUs,but
completelydifferentcontrolunits.
本節(jié)我們從系統(tǒng)的角度介紹了CPU,但我們還沒有討論它的內(nèi)
部設(shè)計(jì)。我們描述了CPU的寄存器、數(shù)據(jù)通路、控制單元等,
所有部件一起工作使CPU正確地讀取、譯碼和執(zhí)行指令。微層
序CPU具有同硬連線CPU一樣的寄存器、ALU和數(shù)據(jù)通路,但
二者控制單元完全不同。
計(jì)算機(jī)專業(yè)英語1-71
Chapter1TheHistoryandFutureofComputers
2.3MemorySubsystemOrganizationandInterfacing
NewWords&Expressions:
multibyten.多字節(jié)MBn.兆字節(jié)
shutoffn.切斷,關(guān)閉enablen??使能
tri-state三態(tài)tri-stated高阻態(tài)
dimensionn?尺度,維(數(shù))configurationn?構(gòu)造,結(jié)構(gòu),配置
asfaras盡;就;至于high-order高位
low-order低位interleavingn?交叉,交錯(cuò)
contiguousadj,鄰近的,接近的assignvt?分配,指派
bigendian高位優(yōu)先littleendian代位優(yōu)先
hexadecimaladj.十六進(jìn)制的;n?十六進(jìn)制alignmentn?對(duì)齊方式
leftmostadj.最左邊的rightmostadj.最右邊的,最右面的
consecutiveadj.連續(xù)的,聯(lián)貫的cachen.高速緩沖
virtualmemory虛擬存儲(chǔ)器buffern.緩沖器
ROM(ReadOnlyMemory)只讀存儲(chǔ)器
RAM(RandomAccessMemory)隨機(jī)存取存貯器
RISC(ReducedInstructionSetComputer)精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)
計(jì)算機(jī)專業(yè)英語1-72
Chapter1TheHistoryandFutureofComputers
2.3MemorySubsystemOrganizationandInterfacing
Inthissectionweexaminetheconstructionandfunctionsofthe
memorysubsystemofacomputer.Wereviewthedifferenttypesof
physicalmemoryandtheinternalorganizationoftheirchips.We
discusstheconstructionofthememorysubsystem,aswellas
multibytewordorganizationsandadvancedmemoryorganizations.
本節(jié)我們將討論計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)器子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能。我們將
會(huì)回顧不同類型的物理存儲(chǔ)器及其芯片的內(nèi)部組成,討論存儲(chǔ)
器子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),以及多字節(jié)的組織和高級(jí)存儲(chǔ)器的組成。
計(jì)算機(jī)專業(yè)英語1-73
Chapter1TheHistoryandFutureofComputers
2.3.1TypesofMemory
TheinternalorganizationsofROMandRAMchipsaresimilar.To
illustratethesimplestorganization,alinearorganization,consideran
8x2ROMchip.Forsimplicity,programmingcomponentsarenot
shown.Thischiphasthreeaddressinputsandtwodataoutputs,and
16bitsofinternalstoragearrangedaseight2-bitlocations.
存儲(chǔ)器芯片有兩種類型:只讀存儲(chǔ)器(ROM)和隨機(jī)存取存儲(chǔ)器
(RAM)o只讀存儲(chǔ)器芯片是為數(shù)據(jù)(此數(shù)據(jù)可包括程序的指令)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)外部編程器而
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。ROM芯片總是
保存有數(shù)據(jù),甚至在芯片斷電以后。例如,一個(gè)微波爐的嵌入式控制器可
以連續(xù)運(yùn)行一個(gè)不變的程序。這個(gè)程序就存儲(chǔ)在一片ROM上。
計(jì)算機(jī)專業(yè)英語1-74
Chapter1TheHistoryandFutureofComputers
2.3.1TypesofMemory
RandomAccessMemory(RAM),alsocalledread/writememory,
canbeusedtostoredatathatchanges.Thisisthetypeofmemory
referredtoasXMBofmemoryinadsforPCs.UnlikeROM,RAM
chipslosetheirdataoncepowerisshutoffManycomputersystems,
includingpersonalcomputers,includebothROMandRAM.
隨機(jī)訪問存儲(chǔ)器也稱為讀寫存儲(chǔ)器,用來存儲(chǔ)可以改變的數(shù)
據(jù)。這就是我們?cè)趥€(gè)人電腦廣告上經(jīng)??吹降腦XMB的內(nèi)
存所指的那種類型。不像ROM,RAM芯片一旦掉電,數(shù)據(jù)
就會(huì)丟失。許多計(jì)算機(jī)系統(tǒng),包括個(gè)人電腦,都同時(shí)擁有
ROM和RAM。
計(jì)算機(jī)專業(yè)英語1-75
Chapter1TheHistoryandFutureofComputers
2?3.2InternalChipOrganization
TheinternalorganizationsofROMandRAMchipsaresimilar.To
illustratethesimplestorganization,alinearorganization,consider
an8x2ROMchip.Forsimplicity,programmingcomponentsare
notshown.Thischiphasthreeaddressinputsandtwodataoutputs,
and16bitsofinternalstoragearrangedaseight2-bitlocations.
ROM和RAM芯片的內(nèi)部組成是相似的。為了說明一個(gè)最簡(jiǎn)
單的組成——線性組成,我們來考慮一個(gè)8x2的ROM芯片。
為了簡(jiǎn)化,編成器件沒有畫出來。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16位的內(nèi)部存儲(chǔ)元件,它排列成
8個(gè)單元,每個(gè)單元2位。
計(jì)算機(jī)專業(yè)英語1-76
Chapter1TheHistoryandFutureofComputers
2.3.2InternalChipOrganization
Thethreeaddressbitsaredecodedtoselectoneoftheeight
locations,butonlyifthechipenableisactive.IfCEM),the
decoderisdisabledandnolocationisselected.Thetri-state
buffersforthatlocation^cellsareenabled,allowingdatatopass
totheoutputbuffers.IfbothCEandOEsetto19thesebuffers
areenabledandthedataisoutputfromthechip;otherwisethe
outputsaretri-stated.
三個(gè)地址位經(jīng)過譯碼,可以選擇8個(gè)中的一個(gè),但只有芯片的使能端要有
效才行。如果CE=0,譯碼器被禁止,則不選擇任何單元。該單元上的三
態(tài)緩沖器是有效的,允許數(shù)據(jù)輸出到緩沖器中。如果CE=1且OE=L則這
些緩沖器有效,數(shù)據(jù)從芯片中輸出;否則,輸出是高阻態(tài)。
計(jì)算機(jī)專業(yè)英語1-77
Chapter1TheHistoryandFutureofComputers
2.3.2InternalChipOrganization
Asthenumberoflocationsincreases,thesizeoftheaddressdecoder
neededinalinearorganizationbecomesprohibitivelylarge.To
remedythisproblem,thememorychipcanbedesignedusing
multipledimensionsofdecoding.
隨著單元數(shù)量的增加,線性組成中地址譯碼器的規(guī)模變得相
當(dāng)
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