计算机组成原理概述(Part1)

操作数所在内存单元的地 址通过存储器间接给出。 其特点是便于编制程序时 修改地址，适用于数组元 素和循环程序的操作等。
操作数包含在寄存器中， 寄存器的名称由指令指定 。其特点是存取速度快， 但使用范围受到限制。
操作数所在内存单元的地 址通过寄存器间接给出。 其特点是结合了直接寻址 和间接寻址的优点，既便 于修改地址又具有较高的 存取速度。
计算机组成原理概述(part1)
• 计算机系基本概念 • 数字逻辑基础 • 计算机中的数据表示 • 运算方法与运算器 • 指令系统与寻址方式
01
计算机系统基本概念
计算机的定义与分类
定义
计算机是一种能自动、高速、精确地进行信息处理的电子设 备。它采用存储程序控制方式，由硬件系统和软件系统两大 部分组成。
逻辑门电路
与门（AND gate）
实现逻辑与运算的电路，当所有输入 都为1时输出为1，否则输出为0。
或门（OR gate）
实现逻辑或运算的电路，当至少一个 输入为1时输出为1，否则输出为0。
非门（NOT gate）
实现逻辑非运算的电路，将输入取反 后输出。
复合门电路
由基本门电路组合而成的复杂门电路， 如与非门、或非门等。
THANKS
感谢观看
二进制运算
计算机内部采用二进制数制进行运算和存储。二进制数只有两个数码0和1，简化了计算机内 部电路的设计和实现。同时，二进制数易于进行逻辑运算和转换，有利于提高计算机的运算 速度和可靠性。
指令系统
计算机的指令系统是一组规定计算机执行各种基本操作的命令集合。每条指令都包含操作 码和操作数两部分。操作码指出该指令要执行的操作类型，操作数则指出参与操作的数据 或数据的地址。通过执行一系列的指令，计算机可以完成各种复杂的任务。
定点数的表示方法
定点数是指小数点位置固定不变的数，通常分为定点整数和定点小 数两种表示方法。在计算机中，定点数一般采用补码形式表示。
定点数的加减运算
定点数的加减运算与普通算术运算类似，需要注意的是溢出和符号 位的处理。
定点数的乘除运算
定点数的乘除运算相对复杂，需要采用特定的算法来实现，如原码一 位乘法、补码一位乘法、原码加减交替除法和补码加减交替除法等。
浮点数的表示与运算
01
浮点数的表示方法
02
浮点数的加减运算
浮点数是指小数点位置可以变动的数 ，通常由尾数和阶码两部分组成。在 计算机中，浮点数一般采用IEEE 754 标准表示。
浮点数的加减运算需要对阶、尾数相 加减、规格化和舍入等步骤。
03
浮点数的乘除运算
浮点数的乘除运算相对简单，只需要 对阶码和尾数分别进行乘除运算即可 。
指令的寻址过程与数据传送方式
指令的寻址过程
当CPU执行一条指令时，首先需要根据指令中的地址码字段找到操作数的有效地址，然后根据该地址从内存或寄 存器中取出操作数进行运算。
数据传送方式
在指令执行过程中，数据可以在CPU内部寄存器之间、CPU与内存之间以及CPU与I/O设备之间进行传送。常见 的数据传送方式包括寄存器间传送、寄存器与内存间传送以及内存与I/O设备间传送等。
02
数字逻辑基础
数制与编码
十进制数
日常生活中使用最广泛的数制， 基数为10，采用0-9共10个数字
表示。
二进制数
计算机内部采用的数制，基数为 2，采用0和1两个数字表示。
十六进制数
一种简化二进制表示的方法，基 数为16，采用0-9和A-F共16个 数字表示。
数制转换
不同数制之间的转换方法，如 二进制与十进制、十六进制与
分类
根据运算速度、输入/输出能力、数据存储量、指令系统规模 和机器价格等因素，可将计算机划分为巨型机、大型机、中 型机、小型机、微型机和单片机等6类。
计算机系统的组成
硬件系统
包括中央处理器（CPU）、内存储器、输入设备、输出设备和总线等部分。其中，CPU是计算机的核心部件， 负责执行程序中的指令；内存储器用于存储程序和数据；输入设备用于将外部信息转换为计算机能识别的二 进制代码；输出设备则将计算机处理后的结果转换为人们能接受的形式；总线用于连接各个部件，实现数据
03
计算机中的数据表示
数值数据的表示
01
02
03
定点数表示法
使用固定的小数点位置来 表示数值，分为定点整数 和定点小数两种。
浮点数表示法
使用科学计数法表示数值， 即尾数和指数的形式，可 以表示更大范围和更高精 度的数值。
十进制数表示法
使用0~9十个数字来表示 数值，计算机内部通常使 用二进制编码十进制 （BCD）码来表示。
非数值数据的表示
字符数据表示法
使用ASCII码或Unicode等字符编码标准来表示 字符数据。
逻辑数据表示法
使用0和1两个数字来表示逻辑值“真”和“假 ”或“是”和“否”。
图像和音频数据表示法
使用像素阵列或波形采样等方式来表示图像和音频数据。
数据校验方法
奇偶校验法
通过在数据位后面添加一位校验位，使得整个数据（包括 校验位）中1的个数为偶数（偶校验）或奇数（奇校验）。
运算器的组成与工作原理
要点一
运算器的组成
运算器是计算机中执行算术和逻辑运算的部件，主要由算术 逻辑单元（ALU）、寄存器组和控制逻辑等部分组成。
要点二
运算器的工作原理
运算器的工作原理可以概括为取指、分析和执行三个阶段 。在取指阶段，控制器从存储器中取出指令并放入指令寄 存器；在分析阶段，控制器对指令进行译码，确定操作数 的地址和操作性质；在执行阶段，控制器根据分析结果向 ALU发出相应的控制信号，ALU则根据控制信号执行相应 的算术或逻辑操作，并将结果存入寄存器或送回存储器。
海明校验法
通过在数据位中插入多个校验位，并设置它们的值以使得整个数 据位和校验位的特定组合满足某种关系，从而检测出多位错误。
循环冗余校验法（CRC）
通过在数据后面添加一段校验码，使得整个数据（包括校验码）可以被某 个预定义的生成多项式整除，从而检测出数据传输过程中的错误。
04
运算方法与运算器
定点数的表示与运算
二进制之间的转换。
逻辑代数基础
01
逻辑变量与逻辑函 数
逻辑代数中的基本元素，逻辑变 量只有0和1两种取值，逻辑函数 描述输入与输出之间的逻辑关系。
02
基本逻辑运算
包括与（AND）、或（OR）、 非（NOT）三种基本运算。
03
复合逻辑运算
由基本逻辑运算组合而成的复杂 逻辑运算，如与非、或非、异或 等。
常见的寻址方式及其特点
01 立即寻址
02 直接寻址
03 间接寻址
04 寄存器寻址
05 寄存器间接寻址
操作数就在指令中，紧跟 在操作码后面，作为指令 一部分存放在内存的代码 段中，该操作数为立即数 ，这种寻址方式称为立即 寻址方式。其特点是存取 速度快，但使用范围受到 限制。
存储单元的有效地址EA（即 操作数的有效地址）直接由 指令给出。其特点是简单直 观，但操作数的地址不易修 改。
传输。
软件系统
包括系统软件和应用软件两部分。系统软件是计算机的基本软件，负责管理计算机的硬 件和软件资源，为应用软件提供支持和服务；应用软件是为解决各种实际问题而设计的
程序，它利用系统软件提供的资源和服务，完成特定的任务。
计算机的工作原理
存储程序控制
计算机采用存储程序控制方式，即把程序和数据一起存放在内存中，由CPU按照程序的要 求逐条取出指令并执行。这种方式实现了自动、连续地执行程序，提高了计算机的运算速 度和效率。
05
指令系统与寻址方式
指令格式与寻址方式概述
指令格式
计算机指令由操作码和操作数组成，操作码指明操作的性质，如加、减、乘、 除等，操作数则是操作的对象，可以是寄存器、内存单元或立即数等。
寻址方式
寻址方式是指确定操作数有效地址的方式，它与指令系统中的地址码字段密切 相关。不同的寻址方式对应着不同的地址码字段格式以及不同的寻址空间大小。