2013年上半年软考指定教材

2013下半年软考培训：在线辅导 面授班

1.2.4计算机组成原理

计算机包括五大部件：运算器是数据处理中心，控制器各部件工作的指挥中心，运 算器和控制器合称中央处理器CPU, CPU和主存储器全称主机。其他部件称为计算机的 外围设备，各部件通过总线交换数据。

1.运算器例题分析

运算器是计算机数据处理中心，主要功能是对数据进行算术运算和逻辑运算。运算 器的核心是一个并行加法器，运算结果的特征，如溢出，结果为“0”等需保存在专门的 标志寄存器中。

运算器中设置一组寄存器，用来存放参加运算的数据和中间结果，区别于单累加器结构，通用寄存器中每个寄存器都可以存放运算结果，程序员通过指令使用这组寄存器。

为了完成乘除法运算，运算器中提供左右移位功能，设罝乘商寄存器。

【例1-46】运算器中各寄存器间如何交换数据？运算器与存储器和I/O如何交换 数据？

解：运算器的核心是算术逻辑部件ALU,是整机的数据处理中心，计算机中各部件 的数据都需要送到ALU中来处理。ALU有两个输入端，送入两个被运算的数据，一个 输出端送出运算结果。运算器中有多个数据寄存器通过两个多路数据选择器，选择需要 的寄存器中的数据，分别送给ALU的两个数据输入端，经过算术逻辑部件处理，由ALU 输出。外部数据，例如存储器和I/O等需要送往通用寄存器的数据，也需要经过ALU输 入多路选择器，经过ALU再送入指定的寄存器中，这样可以节省寄存器间连接的线路， 也比较整齐，我们把运算器中各寄存器间交换数据的公共通路叫内总线，或CPU总线， 这种结构连线较少，扩充容易。

计算机中各部件包括存储器与I/O设备都需要与ALU连系，都爾要建立与ALU的 连接通路，因此ALU是整个计算机的数据传输中心。冯?诺依曼在总结现代计算机的 特征时，专门指出整个计算机以运算器为中心。

【例1-47】运算器中设置标志寄存器有什么用处？

分析：运算器执行算术运算或逻辑运算，得到运算结果。这个结果往往成为后续指 令程序分支的条件，因此需要保存运算结果的特征。如结果为零、结果为负、结果溢出、 结果有进位等，保存运算结果特征的寄存器，称为标志寄存器，有时也叫程序状态字 PSW。每种特征在标志寄存器中用一位触发器来表示。

如运算结果为“0”时，其对应特征位Z=l,若Z = 0,表示结果不为“0”：如结果 溢出时，其对应特征位V=l,若V = 0,表示结果不溢出，同理C = 1表示结果有进位, S=l,表示结果为负等。

【例1-48】双端口存储器有什么特点和用处？

解：一般存储器都是给一个地址，读出一个数，属于单端口存储器，不能同时给两 个地址读出两个数。为了提高访存的速度，希望有能够给两个地址，同时读出两个数的 存储器，这里说的存储器当然是对一个存储器而言，不是两个存储器。如果这样，访存 速度可以提高一倍，这种存储器称为双端口存储器，在这种存储器内部需要设置两套独 立的读出控制电路。

注意：为了防止两个端口同时向一个存储单元写入不同数，规定写入双端口存储器 时，只允许一个端口作为写入端口，但两个端口可以同时读出同一个存储单元，不会发 生矛盾。

运算器中，ALU操作，多数情况需要两个操作数，如果两个操作数都放在一个类 似存储器的通用寄存器组中，读出两个操作数，需要两步才能读出。为了提高运舞速度. 希望ALU运算时，一拍能够读出两个操作数，这就要求通用寄存器组具有双端口读出 的功能，需要设迓两袞独立的读出控制电路，分别同时给出两个地址,从两个端口同时 读出两个操作数。

这种双端口通用寄存器，给两个地址，可以同时读出两个操作数，供给ALU两个 输入端，在一拍时间内ALU可给出运算结果。当两个操作数都来自同一个寄存器，也 是允许的，但写入通用寄存器时，不允许同时写入两个操作数，防止同时写入同一个寄 存器时造成冲突。所以只设S-套写入控制电路。在运算器中，这种设S不影响写入速 度，因为ALU只能产生一个运算结果.保存在指定的一个寄存器中就可以了，不需要 同时写入两个数据。

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