北京大学《计算概论》课件：第五讲-cpu内存基本工作原理

《北京大学《计算概论》课件：第五讲-cpu内存基本工作原理》由会员分享，可在线阅读，更多相关《北京大学《计算概论》课件：第五讲-cpu内存基本工作原理（69页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、第 五 讲 ： 第 六 章CPU/内 存 基 本 工 作 原 理北 京 大 学 信 息 科 学 技 术 学 院2013年 10月 本 讲 内 容n 计 算 机 的 数 学 理 论 模 型 图 灵 机n CPU的 内 部 结 构 和 工 作 原 理n 主 存 储 器 及 其 与 CPU之 间 的 信 息 传 输n 指 令 系 统n 计 算 机 程 序 的 基 本 控 制 结 构 计 算 机 的 数 学 理 论 模 型 图 灵 机 可 计 算 性对 于 一 个 问 题 ， 如 果 存 在 一 个 机 械 的 过 程 ，当 我 们 给 定 一 个 输 入 ， 这 个 过 程 能够 在 有 限 步 内

2、 终 止 并 给 出 正 确 答 案 ，那 么 ， 这 个 问 题 就 称 为 是 可 计 算 的 /具 有可 计 算 性 。 计 算 机 理 论 的 发 展 历 史n 图 灵 研 究 了 可 计 算 性n 提 出 了 图 灵 机 和 图 灵 机 能 解 决 的 问 题 类n 证 明 了 存 在 着 图 灵 机 无 法 解 决 的 问 题 类n 冯 诺 伊 曼 给 出 了 现 代 计 算 机 的 设 计 蓝 图n 提 出 了 数 字 计 算 机 的 组 成 原 理 和 体 系 结 构 n 对 指 令 、 指 令 周 期 、 指 令 系 统 和 存 储 式 程 序 控 制 原 理 都给 出 了

3、明 确 的 方 案n 库 克 （ Stephen A.Cook ） 研 究 了 计 算 复 杂 性n 有 一 些 问 题 ， 虽 然 可 计 算 ， 但 随 着 问 题 规 模 的 增 加 ， 就连 最 快 的 计 算 机 用 几 百 年 也 不 能 结 束 计 算 图 灵 机 （ Turing Machine）n 1936年 由 英 国 数 学 家 阿 兰 图 灵 提 出n 一 种 抽 象 的 计 算 模 型n 现 代 电 子 计 算 机 的 理 论 基 础n 基 本 思 想 ： 用 机 器 来 模 拟 人 类 用 纸 和 笔 进 行 数学 运 算 的 过 程 n 人 用 纸 和 笔 进 行

4、 数 学 运 算 的 两 种 简 单 动 作 ：n 在 纸 上 写 下 或 擦 除 某 个 符 号n 把 注 意 力 从 纸 的 一 个 位 置 移 动 到 另 一 个 位 置n 同 时 ， 人 的 下 一 步 动 作 依 赖 于 两 个 因 素 ：n 此 人 当 前 所 关 注 的 纸 上 某 个 位 置 的 符 号n 此 人 当 前 的 思 维 状 态 图 灵 机 的 构 成 成 分 （ 1）n 1. 一 条 无 限 长 的 纸 带 TAPEn 纸 带 被 划 分 为 一 个 接 一 个 的 小 方 格n 每 个 方 格 存 储 一 个 来 自 一 个 有 限 符 号 集 合 的 符 号n

5、 纸 带 的 两 端 可 以 无 限 延 伸 图 灵 机 的符 号 表 b c d e f g u v w x y TAPE 图 灵 机 的 构 成 成 分 （ 2）n 2.一 个 读 写 头 HEADn 能 读 出 当 前 位 置 的 方 格 里 的 符 号n 能 在 当 前 位 置 的 方 格 里 写 入 一 个 符 号n 能 向 左 、 向 右 移 动 n 一 次 移 动 一 个 方 格 的 宽 度 b c d e f g u v w x y HEAD向 左 移 动 向 右 移 动 图 灵 机 的 构 成 成 分 （ 3）n 3.一 个 控 制 器 CONTROLn 一 个 状 态 寄

6、存 器 REGn 记 录 了 图 灵 机 的 当 前 状 态n 一 个 图 灵 机 具 有 有 限 数 量 的 可 能 状 态n 一 个 控 制 规 则 表 TABLE n 规 定 了 图 灵 机 如 何 在 不 同 的 状 态 之 间 进 行 迁 移 /转 换 b c d e f g u v w x y CONTROL有 限 状 态 控 制 器 图 灵 机 的 运 作 方 式n 图 灵 机 的 每 一 步 动 作 取 决 于 四 个 因 素n 控 制 器 中 的 当 前 状 态 qin 读 写 头 的 当 前 位 置 （ 在 哪 个 方 格 上 ）n 当 前 位 置 的 方 格 内 存 储

7、的 符 号 sin 控 制 规 则 表 中 的 规 则控 制 器 根 据 qi、 si、 以 及 控 制 规 则 ， 决 定 ： 1.向 当 前 方 格 内 写 入 的 符 号2.读 写 头 的 移 动 方 向 （ 左 移 , 右 移 , 不 动 ）3.控 制 器 新 的 当 前 状 态 （ START, , HALT）停 机 状 态启 始 状 态 控 制 规 则 表 的 结 构当 前 状 态 当 前 方 格中 的 符 号 写 入 方 格的 符 号 读 写 头移 动 方 向 新 的当 前 状 态START qi si si+1 左 移 qi+1 HALT每 一 行 存 储 了 一 条 控 制

8、规 则 图 灵 机 实 例 1 CONTROL 当 前 状 态 STARTn 符 号 表 ： 0, 1, * n 状 态 集 合 ：n START/开 始 , ADD/相 加 , CARRY/进 位 , OVERFLOW/溢 出 , RETURN/返 回 , HALT/停 机 * * 1 0 1 * * 请 同 学 们 观 察 这个 图 灵 机 的 功 能是 什 么 CONTROL 当 前 状 态 START* * 1 0 1 * *ID 当 前 状 态 当 前 符 号 写 入 符 号 移 动 方 向 新 的 状 态01 START * * 左 移 ADD02 ADD 0 1 右 移 RETU

9、RN03 ADD 1 0 左 移 CARRY04 ADD * * 右 移 HALT05 CARRY 0 1 右 移 RETURN06 CARRY 1 0 左 移 CARRY07 CARRY * 1 左 移 OVERFLOW08 OVERFLOW * * 右 移 RETURN09 RETURN 0 0 右 移 RETURN10 RETURN 1 1 右 移 RETURN11 RETURN * * 不 动 HALT控 制 规 则 表 CONTROL 当 前 状 态 ADD* * 1 0 1 * *ID 当 前 状 态 当 前 符 号 写 入 符 号 移 动 方 向 新 的 状 态01 START

10、* * 左 移 ADD02 ADD 0 1 右 移 RETURN03 ADD 1 0 左 移 CARRY04 ADD * * 右 移 HALT05 CARRY 0 1 右 移 RETURN06 CARRY 1 0 左 移 CARRY07 CARRY * 1 左 移 OVERFLOW08 OVERFLOW * * 右 移 RETURN09 RETURN 0 0 右 移 RETURN10 RETURN 1 1 右 移 RETURN11 RETURN * * 不 动 HALT控 制 规 则 表 CONTROL 当 前 状 态 ADD* * 1 0 0 * *ID 当 前 状 态 当 前 符 号 写

11、入 符 号 移 动 方 向 新 的 状 态01 START * * 左 移 ADD02 ADD 0 1 右 移 RETURN03 ADD 1 0 左 移 CARRY04 ADD * * 右 移 HALT05 CARRY 0 1 右 移 RETURN06 CARRY 1 0 左 移 CARRY07 CARRY * 1 左 移 OVERFLOW08 OVERFLOW * * 右 移 RETURN09 RETURN 0 0 右 移 RETURN10 RETURN 1 1 右 移 RETURN11 RETURN * * 不 动 HALT控 制 规 则 表 CONTROL 当 前 状 态 CARRY*

12、* 1 0 0 * *ID 当 前 状 态 当 前 符 号 写 入 符 号 移 动 方 向 新 的 状 态01 START * * 左 移 ADD02 ADD 0 1 右 移 RETURN03 ADD 1 0 左 移 CARRY04 ADD * * 右 移 HALT05 CARRY 0 1 右 移 RETURN06 CARRY 1 0 左 移 CARRY07 CARRY * 1 左 移 OVERFLOW08 OVERFLOW * * 右 移 RETURN09 RETURN 0 0 右 移 RETURN10 RETURN 1 1 右 移 RETURN11 RETURN * * 不 动 HALT控

13、 制 规 则 表 CONTROL 当 前 状 态 CARRY* * 1 1 0 * *ID 当 前 状 态 当 前 符 号 写 入 符 号 移 动 方 向 新 的 状 态01 START * * 左 移 ADD02 ADD 0 1 右 移 RETURN03 ADD 1 0 左 移 CARRY04 ADD * * 右 移 HALT05 CARRY 0 1 右 移 RETURN06 CARRY 1 0 左 移 CARRY07 CARRY * 1 左 移 OVERFLOW08 OVERFLOW * * 右 移 RETURN09 RETURN 0 0 右 移 RETURN10 RETURN 1 1 右

14、 移 RETURN11 RETURN * * 不 动 HALT控 制 规 则 表 CONTROL 当 前 状 态 RETURN* * 1 1 0 * *ID 当 前 状 态 当 前 符 号 写 入 符 号 移 动 方 向 新 的 状 态01 START * * 左 移 ADD02 ADD 0 1 右 移 RETURN03 ADD 1 0 左 移 CARRY04 ADD * * 右 移 HALT05 CARRY 0 1 右 移 RETURN06 CARRY 1 0 左 移 CARRY07 CARRY * 1 左 移 OVERFLOW08 OVERFLOW * * 右 移 RETURN09 RET

15、URN 0 0 右 移 RETURN10 RETURN 1 1 右 移 RETURN11 RETURN * * 不 动 HALT控 制 规 则 表 CONTROL 当 前 状 态 RETURN* * 1 1 0 * *ID 当 前 状 态 当 前 符 号 写 入 符 号 移 动 方 向 新 的 状 态01 START * * 左 移 ADD02 ADD 0 1 右 移 RETURN03 ADD 1 0 左 移 CARRY04 ADD * * 右 移 HALT05 CARRY 0 1 右 移 RETURN06 CARRY 1 0 左 移 CARRY07 CARRY * 1 左 移 OVERFLO

16、W08 OVERFLOW * * 右 移 RETURN09 RETURN 0 0 右 移 RETURN10 RETURN 1 1 右 移 RETURN11 RETURN * * 不 动 HALT控 制 规 则 表 CONTROL 当 前 状 态 RETURN* * 1 1 0 * *ID 当 前 状 态 当 前 符 号 写 入 符 号 移 动 方 向 新 的 状 态01 START * * 左 移 ADD02 ADD 0 1 右 移 RETURN03 ADD 1 0 左 移 CARRY04 ADD * * 右 移 HALT05 CARRY 0 1 右 移 RETURN06 CARRY 1 0

17、左 移 CARRY07 CARRY * 1 左 移 OVERFLOW08 OVERFLOW * * 右 移 RETURN09 RETURN 0 0 右 移 RETURN10 RETURN 1 1 右 移 RETURN11 RETURN * * 不 动 HALT控 制 规 则 表 CONTROL 当 前 状 态 HALT* * 1 1 0 * *ID 当 前 状 态 当 前 符 号 写 入 符 号 移 动 方 向 新 的 状 态01 START * * 左 移 ADD02 ADD 0 1 右 移 RETURN03 ADD 1 0 左 移 CARRY04 ADD * * 右 移 HALT05 CA

18、RRY 0 1 右 移 RETURN06 CARRY 1 0 左 移 CARRY07 CARRY * 1 左 移 OVERFLOW08 OVERFLOW * * 右 移 RETURN09 RETURN 0 0 右 移 RETURN10 RETURN 1 1 右 移 RETURN11 RETURN * * 不 动 HALT控 制 规 则 表 图 灵 机 实 例 1n 这 个 图 灵 机 的 功 能 是 什 么 ？n 启 示 ： 计 算 机 程 序 执 行 的 顺 序 性f(x) = x + 1 ID 当 前 状 态 当 前 符 号 写 入 符 号 移 动 方 向 新 的 状 态01 START

19、* * 左 移 ADD02 ADD 0 1 不 动 HALT03 ADD 1 0 左 移 CARRY04 ADD * * 右 移 HALT05 CARRY 0 1 不 动 HALT06 CARRY 1 0 左 移 CARRY07 CARRY * 1 左 移 OVERFLOW08 OVERFLOW * * 不 动 HALT09 RETURN 0 0 不 动 HALT 10 RETURN 1 1 不 动 HALT11 RETURN * * 不 动 HALT CPU的 内 部 结 构 和 工 作 原 理 CPU 中 央 处 理 器n Central Processing Unitn 微 型 /个 人

20、 计 算 机 的 CPU又 被 称 为 ：n MPU（ Micro Processor Unit） 微 处 理 器n 计 算 机 系 统 中 的 核 心 硬 件 设 备n 主 要 功 能 ： 执 行 程 序n 与 其 它 部 件 协 同 工 作 CPU内存显卡 CPU的 内 部 结 构算 术 逻 辑 运 算 器 程 序 控 制 器寄 存 器 组中 断 处 理 器 CPU内 部 总 线 CPU的 内 部 结 构算 术 逻 辑 运 算 器 程 序 控 制 器寄 存 器 组中 断 处 理 器 CPU内 部 总 线 CPU的 内 部 结 构 寄 存 器 组n 由 一 组 寄 存 器 组 成 的 高 速

21、 存 储 单 元n 用 于 暂 时 存 放 运 算 数 据 或 其 它 信 息n 整 数 类 型 的 操 作 数 或 运 算 结 果n 浮 点 数 类 型 的 操 作 数 或 运 算 结 果n 指 令 n 指 令 地 址n 各 种 内 部 标 志 信 息存取速度CPU 寄 存 器 CPU的 内 部 结 构算 术 逻 辑 运 算 器 程 序 控 制 器寄 存 器 组中 断 处 理 器 CPU内 部 总 线 CPU的 内 部 结 构 程 序 控 制 器n Program Control Unit， CPU的 控 制 中 心n 分 析 /解 释 指 令n 根 据 分 析 /解 释 结 果 向 其 它

22、 部 件 发 出 命 令n 控 制 CPU的 工 作 进 度 和 工 作 方 式n 具 体 而 言 ， 当 一 条 指 令 进 入 CPU后 ， 程 序 控 制 器 ：1. 分 析 /解 释 该 指 令 的 编 码 内 容 ；2. 确 定 为 执 行 该 指 令 应 该 完 成 的 动 作 ；3. 确 定 指 令 相 关 的 参 数 ； 例 如 ： 对 于 一 个 “ 加 法 指 令 ” ， 需 要 确 定 两个 被 加 数 的 地 址4. 将 所 需 的 数 据 从 主 存 储 器 读 取 到 CPU的 寄 存 器 中 ； 5. 要 求 算 术 逻 辑 运 算 器 进 行 相 关 的 运 算

23、 动 作 ；6. 指 示 算 术 逻 辑 运 算 器 将 运 算 结 果 放 入 寄 存 器 或 主 存 储 器 中 。 CPU的 内 部 结 构算 术 逻 辑 运 算 器 程 序 控 制 器寄 存 器 组中 断 处 理 器 CPU内 部 总 线 CPU的 内 部 结 构 算 术 逻 辑 运 算 器n Arithmetic Logical Unit (ALU),主 要 进 行 算 术 运 算 和 逻 辑 运算n 加 法 指 令 的 例 子1. 一 条 加 法 指 令 （ 其 中 包 含 了 两 个 被 加 数 /操 作 数 的 地 址 ）进 入 CPU；2. 程 序 控 制 器 分 析 该 指

24、 令 ， 判 断 两 个 操 作 数 是 在 寄 存 器 内， 还 是 在 主 存 内 ；3. 如 果 在 主 存 内 ， 程 序 控 制 器 从 主 存 内 读 入 操 作 数 ；4. 程 序 控 制 器 将 加 法 运 算 提 交 给 ALU;5. ALU 进 行 加 法 运 算 ；6. ALU 根 据 程 序 控 制 器 的 指 示 ， 将 运 算 结 果 存 放 到 寄 存 器 或 主 存 中 。 CPU的 内 部 结 构算 术 逻 辑 运 算 器 程 序 控 制 器寄 存 器 组中 断 处 理 器 CPU内 部 总 线 CPU的 内 部 结 构 中 断 处 理 器n 问 题 背 景

25、：n 在 CPU执 行 一 般 程 序 运 算 的 过 程 中 ， 如 何 处 理 紧 急 出 现 的事 件 ？ 比 如 ： 鼠 标 移 动 事 件n 发 生 一 个 紧 急 事 件 触 发 一 个 中 断 信 号n 中 断 信 号 的 处 理 ： n 当 发 现 中 断 信 号 后 ， 程 序 控 制 器 暂 停 正 在 运 行 的 程 序 ，保 存 该 程 序 的 运 行 现 场 （ CPU内 的 各 种 状 态 信 息 ） ；n 程 序 控 制 器 根 据 中 断 信 号 的 编 码 ， 从 特 定 位 置 启 动 中 断处 理 程 序 （ 由 操 作 系 统 提 供 ） ；n 中 断

26、处 理 程 序 运 行 完 毕 后 ， 程 序 控 制 器 恢 复 被 暂 停 的 程序 。 CPU的 内 部 结 构 中 断 处 理 器n 中 断 信 号 的 产 生 ：n 各 种 软 硬 件 ， 比 如 ： 鼠 标 、 键 盘 、 其 它 外 设 n 中 断 信 号 的 接 收 ：n 中 断 处 理 器 负 责 中 断 信 号 的 接 收 ， 并 将 中 断 信 号 的 编 码、 中 断 处 理 程 序 的 起 始 地 址 传 给 程 序 控 制 器n 中 断 信 号 的 检 测 n 程 序 控 制 器 在 每 条 指 令 执 行 完 毕 后 ， 都 会 检 测 是 否 出 现了 新 的

27、中 断 信 号 中 断 的 启 示n 中 断 设 置 ： 应 对 紧 急 情 况n 中 断 处 理 程 序n 预 案 与 灾 难n 例 子 ： 手 术 过 程 中 出 现 大 出 血 ， 处 理 大 出 血 ， 继续 手 术 CPU的 主 要 性 能 指 标n 工 作 主 频 ：n CPU内 部 的 时 钟 频 率 ； 1.7GHz 3.0GHzn 运 算 字 长 :n CPU一 次 能 够 处 理 的 二 进 制 位 数 ； 32位 /64位n 运 算 速 度 ： n 每 秒 钟 执 行 的 指 令 数 ； 例 如 ： 1000MIPS（ Million Instructions Per S

28、econd） 指 令 系 统 2021-5-3北京大学39早期计算器 指 令 系 统n 指 令 （ program instruction）n 组 成 程 序 的 基 本 单 位 。n 每 一 条 指 令 ：n 规 定 了 CPU执 行 指 令 应 该 完 成 的 工 作 （ 运 算 、 或 其 它控 制 动 作 ） ， n 控 制 CPU的 相 关 部 件 执 行 微 操 作 ， 从 而 完 成 指 令 所 规定 的 功 能 。 指 令 系 统n CPU的 指 令 系 统 是n CPU芯 片 的 硬 件 与 使 用 它 的 软 件 之 间 的 一 种 严 格的 协 议 ， 反 映 了 CPU

29、能 够 完 成 的 全 部 功 能 。n CPU的 “ 指 令 系 统 ” 规 定 了 ：n 它 所 能 执 行 指 令 的 全 部 类 别 ， n 指 令 的 编 码 方 式 和 每 一 类 指 令 所 涉 及 的 参 数 等 。 指 令 系 统n 每 一 条 指 令 用 若 干 字 节 的 二 进 制 编 码 表 示 ，包 括 它 要 完 成 的 动 作 及 其 相 关 的 参 数n 00000001 加 法n 指 令 的 分 类 ：n 存 储 访 问 指 令 n 算 术 运 算 指 令n 逻 辑 运 算 指 令n 条 件 判 断 和 分 支 转 移 指 令n 输 入 输 出 指 令n 其

30、 他 用 于 系 统 控 制 的 指 令 指 令 工 作 周 期n 程 序 控 制 器 按 照 “ 读 取 指 令 执 行 指 令 ” 的周 期 循 环 地 工 作读 取 指 令 执 行 指 令开 机 关 机 指 令 工 作 周 期 n 一 个 指 令 周 期 一 般 需 要 占 用 多 个 CPU时 钟周 期 /时 钟 节 拍n CPU时 钟 周 期 /时 钟 节 拍n CPU完 成 一 个 原 子 动 作 的 基 本 时 间 单 位n 如 果 一 个 CPU的 时 钟 频 率 是 y GHz， 那 么 这 个CPU的 时 钟 周 期 /时 钟 节 拍 是 1/y 10-9 秒 指 令 工

31、作 周 期 n 一 道 应 用 题 ：n 一 个 CPU能 够 在 4个 时 钟 周 期 /时 钟 节 拍 内 完 成 一 个 指 令 周 期 。 如 果 这 个 CPU的 时 钟 频 率 /主 频 是2GHz， 那 么 ， 这 个 CPU在 一 秒 之 内 能 执 行 多 少 条指 令 ？ 这 个 CPU的 运 算 速 度 是 多 少 ？n 答 ： n 一 秒 中 内 可 以 执 行 的 指 令 个 数 为 2 109 Hz 1秒/4 = 5108 个n 运 算 速 度 为 500 MIPS 进 一 步 理 解 指 令n RISC精 简 指 令 集 ,只 包 含 100多 条 指 令 ， 不

32、 同CPU支 持 的 指 令 数 有 稍 微 差 异 。n 计 算 机 只 有 少 数 的 上 百 条 指 令 ， 为 什 么 却 能够 做 各 种 各 样 的 事 情 ？n 初 步 理 解 “ 函 数 ” 的 思 想 令 人 吃 惊 的 事 实 试试让计算机比较两个1-bit二进制数是否相等，只用前面提到的运算，如果需要，可以使用辅助的bits. xyeq Eq uality test (x,y)zero eq ;flip eq ;/* eq uality o ntest x flip eq ;test y flip eq ;/* eq uality o n o n ly turn twic

33、eIf x=y eq=1Otherwise eq=0 你 能 将 这 个 操 作 扩 展 到 , 比 如 , 32位 内 的 整 数 吗 ? 稍 微 增 加 一 点 操 作计算两个1-bit二进制数的和 xyz1 z0tx+yadd (x,y)1. zero z0; 2. zero z1;3. equality test(x,y);4. test eq goto 75. flip z0;6. exit;7. zero t;8. flip t; 9. equality test(x, t);10. test eq flip z1; 如 果 只 允 许 原 来 三 个 基 本 操作 , 能 完 成

34、 这 个 任 务 吗 ? 多 层 次 抽 象n 用 一 位 的 加 法 “ 间 接 操 作 ” 可 以 实 现 普 通 加法 操 作 ；n 加 法 操 作 又 可 以 作 为 一 步 操 作 用 在 更 复 杂 的“ 间 接 操 作 ” 中 。n 一 步 步 的 “ 间 接 操 作 ” ， 不 断 的 接 近 我 们 看到 的 程 序 。n 这 些 “ 间 接 ” 的 设 计 ， 类 似 于 程 序 中 的 函 数设 计 主 存 储 器 及 其 与 CPU之 间 的 信 息 传 输 主 存 储 器 /内 存n 由 基 于 大 规 模 集 成 电 路 的 存 储 芯 片 组 装 而 成 ， 存

35、储 CPU可直 接 访 问 的 数 据 和 程 序n 主 存 储 器 的 工 作 速 度 和 容 量 对 计 算 机 系 统 整 体 性 能 影 响 极 大n 一 次 读 写 大 约 在 几 十 纳 秒 (ns)左 右 1纳 秒 = 10-9 秒n 主 存 储 器 容 量 的 基 本 计 量 单 位 为 字 节 （ Byte） ， 目 前 常 见 的计 算 机 标 配 内 存 容 量 多 为 512MB、 1GB和 2GBn 随 机 访 问 存 储 器 （ RAM Random Access Memory） 访 问 时 间 不 随 访问 地 址 的 不 同 而 不 同 也 即 ， 读 写 任

36、意 地 址 的 存 储 单 元 ， 其 所需 时 间 是 一 样 的 n 顺 序 访 问 存 储 器n 主 要 功 能 ： 存 储 数 据 和 读 写 数 据 存 储 空 间 的 管 理n 为 了 更 有 效 地 进 行 管 理 ， 通 常 以 8个比 特 （ 一 个 字 节 ） 为 一 个 存 储 管 理 单元 （ 简 称 ： 存 储 单 元 ）n 每 个 存 储 单 元 都 有 其 特 定 且 唯 一的 地 址 ， 称 为 ： 存 储 地 址 n 存 储 地 址 为 整 数 编 码 ， 可 表 示 为二 进 制 整 数n 由 主 存 储 器 的 所 有 存 储 单 元 的 地址 构 成 的

37、 集 合 ， 称 为 地 址 空 间n 表 示 地 址 空 间 所 需 的 二 进 制 位 数， 称 为 地 址 宽 度n 内 存 容 量 越 大 ， 地 址 空 间 也 就 越大 ， 地 址 宽 度 也 必 须 相 应 加 大 主 存 储 器 的 访 问 方 式n 地 址 访 问 方 式n 给 出 想 要 访 问 的 存 储 单 元 的 地 址 ，n 从 该 地 址 的 存 储 单 元 中 读 数 据 ， 或 向 其 中 写 入 数 据n CPU的 字 长 一 般 是 4个 字 节 或 8个 字 节 ， 因 此n CPU读 写 内 存 数 据 的 方 式 是 每 次 4个 或 8个 字 节n

38、 在 一 段 程 序 中 ， 变 量 和 存 储 单 元 相 对 应 n 变 量 名 字 对 应 于 存 储 单 元 地 址n 变 量 内 容 对 应 于 存 储 单 元 中 的 数 据n 指 针 型 变 量 ： 专 门 存 放 存 储 单 元 地 址 的 变 量这 真 的 对 我有 用 么 ？ 主 存 和 CPU之 间 的 信 息 传 输n 通 过 存 储 总 线 进 行 信 息 传 输n 存 储 总 线 由 三 组 总 线 构 成n 数 据 总 线 ： 用 于 传 输 数 据n 地 址 总 线 ： 用 于 传 输 存 储 单 元 地 址 n 地 址 开 关n 控 制 总 线 ： 用 于 各

39、 种 控 制 信 息 的 传 递 （ 读 、 写 等 ）n 控 制 开 关 CPU内存地址总线数据总线控制总线 主 存 和 CPU之 间 的 信 息 传 输n CPU从 主 存 中 读 取 数 据 的 过 程1. CPU 把 存 储 单 元 地 址 写 入 地 址 总 线 ；2. CPU 通 过 控 制 总 线 发 出 一 个 “ 读 ” 信 号 ；3. 主 存 收 到 “ 读 ” 信 号 ， 根 据 地 址 总 线 上 的 地址 信 息 ， 把 连 续 几 个 存 储 单 元 的 数 据 读 出 ， 送到 数 据 总 线 上 ； （ 需 要 一 定 的 时 间 ）4. 在 等 待 一 段 时

40、 间 后 ， CPU 从 数 据 总 线 上 获 得数 据 。 主 存 和 CPU之 间 的 信 息 传 输n CPU向 主 存 写 入 数 据 的 过 程1. CPU 把 存 储 单 元 地 址 写 入 地 址 总 线 ；2. CPU 把 数 据 写 入 数 据 总 线 ；3. CPU 通 过 控 制 总 线 发 出 一 个 “ 写 ” 信 号 ；4. 主 存 收 到 “ 写 ” 信 号 ， 根 据 地 址 总 线 上 的 地址 信 息 ， 把 数 据 总 线 上 的 数 据 写 入 到 相 应 的 存 储 单 元 中 （ 需 要 一 定 的 时 间 ） 总 线 的 宽 度n 一 条 总 线

41、 上 一 次 可 传 输 的 二 进 制 位 数n 数 据 总 线 的 宽 度 一 般 和 CPU的 字 长 相 同n 目 前 CPU一 般 采 用 32位 或 64位 的 数 据 总 线n 数 据 总 线 宽 度 决 定 了 一 次 传 送 数 据 量 的 大 小n CPU的 地 址 总 线 宽 度 决 定 了 主 存 储 器 地 址 空间 的 大 小 n 16位 地 址 （ 64K） ； 32位 地 址 （ 4G） ； 64位 地址 （ 天 文 数 字 ） 计 算 机 程 序 的 基 本 控 制 结 构 程 序 的 基 本 控 制 结 构n 程 序 （ Program）n 由 若 干 条

42、指 令 按 照 一 定 的 顺 序 排 列 组 成 ， 是 为 信 息 处 理任 务 而 预 先 编 制 的 工 作 执 行 方 案n 算 法 （ Algorithm） 程 序 =算 法 +数 据 结 构n 为 某 类 处 理 任 务 而 预 先 编 制 的 指 令 的 组 合 方 法 n 用 于 表 示 问 题 求 解 的 步 骤n 算 法 的 特 点n 通 用 性 ： 合 理 的 输 入 产 生 正 确 的 输 出n 有 效 性 ： 有 限 的 指 令 、 可 预 期 的 执 行 结 果n 确 定 性 ： 每 一 步 动 作 的 下 一 步 都 是 确 定 的n 有 穷 性 ： 算 法 的

43、 执 行 应 在 有 限 步 内 结 束 三 种 程 序 控 制 结 构n 顺 序 结 构n 分 支 结 构n 循 环 结 构 顺 序 结 构n 按 指 令 的 排 列 顺 序 依 次 执 行n 基 础 结 构 顺 序 结 构 C语 言 示 例#include / 我们的程序必须引用的一个头文件int main() / 主函数 int age; / 定义一个记录年龄的变量 printf(Please input your age:n); / 1. 提示输入你的年龄 scanf(%d, / 2. 把输入值保存在变量中 printf(Oh! your age is %d.n, age); / 3.

44、 输出你的年龄 分 支 结 构n 根 据 分 支 判 断 条 件 的 取 值 （ 真 或 假 ） ， 决定 程 序 的 后 继 执 行 路 线 分 支 结 构 C语 言 示 例#include / 我们的程序必须引用的一个头文件int main() / 主函数 int age; / 定义一个记录年龄的变量 printf(“Please input your age:n”); / 1. 提示输入你的年龄 scanf(%d, / 2. 把输入值保存在变量中 if (age = 18) / 3. 判断是否为成年人 printf(You are an adult. Welcome!n); / 3.1. 成年人可以进入 else / 3.2. 非成年人不能进网吧 printf(You are not an adult, you cant stay in the internet bar.n); 循 环 结 构n 循 环 条 件 循 环 体 循 环 结 构 示 例 ： 求11000的 平 方 和开 始S0j1SS + j*jjj+1j1000 打 印 S， 结 束Yes No 三 种 基 本 控 制 结 构 可 相 互组 合 和 嵌 套 使 用 ， 形 成 更为 复 杂 的 控 制 ， 完 成 各 种复 杂 的 工 作 。