计算机硬件由哪功能部件组成?

低档机

电脑主机的硬件一般是指：主板、CPU、内存条、硬盘、显卡。这件直接影响电脑的性能。

控制器的基本功能 蓄电池控制器的基本功能

其本身在逻辑上只有接收信息,存储信息和发送信息的功能,但通过编程与运算部件的配合可实现多种功能.

1、运算器

运算器由算术逻辑单元（ALU）、累加器、状态寄存器、通用寄存器组等组成。算术逻辑运算单元（ALU）的基本功能为加、减、乘、除四则运算，与、或、非、异或等逻辑作，以及移位、求补等作。计算机运行时，运算器的作和作种类由控制器决定。运算器处理的数据来自存储器；处理后的结果数据通常送回存储器，或暂时寄存在运算器中。与Co移位规则:ntrol Unit共同组成了CPU的核心部分。

2、控制器

控制器（Control Unit），是整个计算机系统的控制中心，它指挥计算机各部分协调地工作，保证计算机按照预先规定的目标和步骤有条不紊地进行作及处理。控制器从存储器中逐条取出指令，分析每条指令规定的是什么作以及所需数据的存放位置等，然后根据分析的结果向计算机其它部件发出控制信号，统一指挥整个计算机完成指令所规定的作。计算机自动工作的过程，实际上是自动执行程序的过程，而程序中的每条指令都是由控制器来分析执行的，它是计算机实现“程序控制”的主要设备。

3、存储器

5、输出设备

微型计算机中控制器的基本功能是什么

4、内存：内存又叫内部存储器（RAM），属于电子式存储设备，它由电路板和芯片组成，特点是体积小，速度快，有电可存，无电清空，即电脑在开机状态时内存中可存储数据，关机后将自动清空其中的所有数据。内存有SD\DDR、DDR II、DDR III四大类，容量128MB-8GB。

1、微型计算机中，控制器的基本功能是控制机器各个部件协调一致地工作。

2、通信功能：简单指示功能、协议通讯功能、无线等形式的后台管理。

2、从宏观上看，控制器的作用在于控制计算机各部件协调工作，并使整个处理过程有条不紊地进行。

3、从微观上看，控制器的作用在于按一定顺序产生机器指令执行过程中所需要的全部控制信号，这些控制信号作用于计算机的各个部件以使其完成某种功能，从而达到执行指令的目的。

4、对控制器而言，真正的作用在于机器指模型机的基本组成,数据通路及数据传送,微命令的基本形式.令执行过程的控制。

火灾联动控制器的基本功能有哪些？

并行加法器的长时间是由进位信号的传递时间决定的,而每位全加器本身的求和延迟是次要的因素.所以,加快进位的产生和传递是提高其速度的关键.

火灾联动控制器与火灾报警控制器配合，通过数据通信，接收并处理来自火灾报警控制器的报警点数据，然后对其配套执行器件发出控制信2、PC常用的外存是软磁盘（简称软盘）和硬磁盘（简称硬盘），但是光盘、U盘、移动硬盘的使用也越来越普及。下面是常用的外存：号，实现对各类消防设备的控制，联动控制器及其配套执行器件相当于整个火灾自动报警控制系统的“躯干和四肢”。

（1）供电功能火灾联动控制器能为与其直接相连的部件供电。

火灾联动控制器具有电源转换功能。当主电源断电时，能自动转换到备用电源；当主电源恢复时，能自动转回到主电源；主、备电源应有工作状态指示。主电源容量应能保证联动控制器设备在负载条件下，连续工作4小时以上。

（2）控制功能火灾联动控制器具有直接或间接启动受其控制的设备的能力。在接收火灾报警信号后，按规定的逻辑关系，完成以下功能，应能以手动或自动两种方式进行作。

1）切断火灾发生区域的正常供电电源，接通消防电源。

2）启动消火栓灭火系统的消防泵、并显示状态。

3）控名称制防火卷帘门的半降、全降。并显示其状态；控制开防火门，显示其所处的状态。

4）关闭空调送风系统的送风机、送风口，并显示状态；能打开防排烟系统的排烟机、正压送风机及排烟口、送风口、关闭排烟机、送风机、并显示其状态。

5）控制常用电梯，使其自动降至首层。

6）使受其控制的火灾应急广播投入使用。与其连接的警报装置进入工作状态。

7）使受其控制的应急照明系统投入工作。疏散、诱导指示设备投入工作。

（3）自检功能当联动控制器设备内部、外部发生下述故障时，应能在短时间内发出与火灾报警信号有明显区别的声光故障信号。

1）与火灾报警控制器或火灾触发器件之间的接线断路；与接口部件间的线断路、短路。

2）主电源欠压；充电器与备用电源之间的连接线断路、短路。

3）在备用电源单独供电时，其电压不足以保证设备正常工作时。

4）联动控制器设备应能对本机及其面板上的所有指示灯、显示器进行功能检查。

（4）其他功能火灾联动控制器直接或间接地接收来自火灾报警控制器或火灾触发器件的火灾报警信号，发出声、光报警信号。声报警信号能手动消除，光报警信号在联动控制器设备复位前应予保持。

联动控制器设备处于手动作状态时，要作必须用密码或钥匙才能进入作状态。

具有隔离所控制设备功能的联动控制器设备，应设有隔离状态指示，并能查寻和显示被隔离的部位。

消防火灾报警控制器应具有哪些基本功能

扩展资料：

1、能为消防火灾报警控制器供电．也可为其连接的其它部件供电。 2、能直接或间接地接收来自火灾探测器及CPU通过MAR向地址总线提供访问主存单元或I/O接口的地址其他火灾报警触发器件的火灾报警信号，发出声、光报警信号，指示火灾发生部位，并予保持；光报警信号在消防火灾报警控制器复位之前应不能手动消除；声报警信号应能手动消除，但再次有火灾报警信号输入时，应能再启动。 3、当消防火灾报警控制器内部，消防火灾报警控制器与火灾探测器、消防火灾报警控制器与起传输火灾报警信号作用的部件间发生下述故障时，应能在100s内发出与火灾报警信号有明显区别的声、光故障信号； 4、消防火灾报警控制器应有本机检查功能简称自检。消防火灾报警控制器在执行自检功能时，应切断受其控制的外接设备。如消防火灾报警控制器进行每次自检所需时间超过lmin或其不能自动停止自检功能，自检期间，如非自检回路有火灾报警信号输入，消防火灾报警控制器应能发出火灾报警声、光信号。 5、消防火灾报警控制器应具有显示或记录火灾报警时间的计时装置，其日计时误不超过30s；仅使用打印机记录火灾报警时间时，应打印出月、日、时、分等信息。 6、消防火灾报警控制器应能对其面板上的所有指示灯、显示器进行功能检查。 7、通过消防火灾报警控制器可改变与其连接火灾探测器的响应阈值时，消防火灾报警控制器应能指示已设定的火灾探测器的响应阈值。 8、消防火灾报警控制器的作功能应按规定划分级别： I级允许每个人作的功能 II级允许专门作人员作的功能 III级允许工程设计、维修人员作的功能 进入II、III级作功能状态应采用钥匙、作号码，用于进入III级作功能状态的钥匙或作号码可用于进入II级作功能状态，但用于进入II级作功能状态的钥匙或作号码不能用于进入III级作功能状态。 9、消防火灾报警控制器在按其设计允许的容量及长布线条件接入火灾探测器探测及其他部件时，不应出现信号传输上的混乱。 10、消防火灾报警控制器应具有电源转换装置。当主电源断电时，能自动转换到备用电源；当主电源恢复时，能自动转换到主电源；主、备电源的工作状态应有指示，主电源应有过流保护措施。主备电源的转换应不使消防火灾报警控制器发出火灾报警信号。主电源容量应能保证消防火灾报警控制器在下述负载条件下，连续正常工作4h： 11、消防火灾报警控制器内或由其控制进行的查询、中断、判断及数据处理等作，对于接收火灾报警信号的延时应不超过10s。在某些情况下，为减少误报警，可对接收到的来自感烟火灾探测器的火灾报警信号延时响应，但延时时间应不超过1min，延时期间应有延时指示。 12、具有可隔离所连接部件功能的消防火灾报警控制器，应设有部件隔离状态光指示，并能查寻或显示被隔离部件的部位。 13、消防火灾报警控制器应备有用作控制自动消防设备或作其他用途的输出接点，其容量及参数应在有关技术文件中说明。

本节介绍:

微型计算机中控制器的基本功能是

例: [Y]补 =1001(2)采用有效位的进位判断:011

微型计算机中控制器的基本功能是控制机器各控制点数不符合需要时，可再接扩展单元。整体式结构的特点是非常紧凑、体积小、成本低、安装方便。个部件协调一致地工作。

控制器是计算机的神经中枢，指挥全机中各个部件自动协调工作，在控制器的控制下，计算机能够自动按照程序设定的步骤进行一系列作，以完成特定任务。

组成程序的指今必须按照一定的顺序被执行，不能乱套，电子计算机是一种复杂的机器，由众多的元件、部件组成，不同的信号经过的路径也不同。为了让这些元件、部件能协调工作，系统必须有一个统一的时间标准，时钟和节拍。

计算机功能

控制器是指按照预定顺序改变主电路或控制电路的接线和改变电路中电阻值来控制电动机的启动、调速、制动和反向的主令装置。由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序产生器和作控制器组成，它是发布命令的“决策机构”，即完成协调和指挥整个计算机系统的作。

计算机中的时钟和节拍是由一种振荡器提供的。振荡器的T作频率称为时钟频率。显然，时钟频率越高，计算机工作节拍越快。控制器应能按指令规定的内容，在规定的节拍向有关部件发出作控制信号。

太阳能控制器的功能有什么用？

将一个机器周期划分若干相等的时间段,其间仅完成一步基本作,这个时间段用一个电平信号宽度对应,称为~.

太阳能控制器具有以下主要功能：

即用原有的运算器设备,运用基本运算指令编制实现乘除法运算的子程序.这种方法适用于小型机,微型机.

1、过充保护：充电电压高于保护电压时，自动关断对蓄电池充电，此后当电压掉至维持电压时，蓄电池进入浮充状态，当低于恢复电压后浮充关闭，进入均充状态。

形成下条指令地址

2、过放保护：当蓄电池电压低于保护电压时，控制器自动关闭输出以保护蓄电池不受损坏；当蓄电池再次充电后，又能自动恢复供电。

3、负载过流及短路保护:负载电流超过10A或负载短路后,熔断丝熔断，更换后可继续使用。

4、过压保护：当电压过高时，自动关闭输出，保护电器不受损坏。

6、具有防雷击功能：当出现雷击的时候，压敏电阻可以防止雷击，保护控制器不受损坏。

7、太阳能电池反接保护：太阳能电池“ +”“ -” 极性接反,纠正后可继续使用。

8、蓄电池反接保护：蓄电池“ +”“ -” 极性接反，熔断丝熔断，更换后可继续使用

9、蓄电池开路保护：万一蓄电池开路，若在太阳能电池正常充电时，控制器将限制负载两端电压，以保证负载不被损伤，若在夜间或太阳能电池不充电时，控制器由于自身得不到电力，不会有任何动作。

10、具有温度补偿功能。 [7]

11、自检：当控制器受到自然因数影响或人为作不当时，可以让控制器自检，让人知道控制器是否完好，减少了很多不必须要的工时，为赢得工程质量和工期创造条件。

12、恢复间隔：是为过充或过放保护所做的恢复间隔，以避免线电阻或电池的自恢复特点造成负载的工作斗动。

14、光控：多用于自动灯具，当环境足够亮时，控制器就会自动关闭负载输出；而环境暗下来后又会自动开启负载，以实现自动控制的功能。

我觉得控制器的功能几大部分为充电效率高，自动追踪电池板的较大电流；对蓄电池、逆变器等组件的保护功能，控制调值时尽量欠压保护、首先防止蓄电池过放。

太阳能全智能控制器

可以分为机、中档机和低档机。

太阳能全智能控制器

太阳能全智能控制器，太阳能控制器是一个微机数据采集和监测控制系统。太阳能控制器能保证太阳能阵列全天时、全天候的效率的工作。下面看看太阳能全智能控制器。

太阳能全智能控制器1

太阳能控制器是用于太阳能发电系统中控制多路太阳能电池方阵对蓄电池充电以及蓄电池给太阳能逆变器负载供电的自动控制设备，它对蓄电池的充、放电条件加以规定和控制，并按照负载的电源需求控制太阳电池组件和蓄电池对负载的电能输出，是整个光伏供电系统的核心部件之一。

在大多数光伏系统中都用到了控制器以保护蓄电池免于过充或过放，过充可能使电池中的电解液汽化，造成故障，而电池过放会引起电池过早失效。过充过放均有可能损害负载，所以控制器是光伏发电系统的核心部件之一。

简单来说，太阳能控制器的作用可以分为：

1、功率调节功能。

3、完善的负溢出:运算结果为负且大于所能表示的小正数(的负数).保护功能：电气保护反接、短路、过流等。

PWM太阳能控制器采用PWM控制方式，充电转换效率为75-80%。

MPPT太阳能控制器采用功率点跟踪技术，是PWM太阳能控制器的升级换代产品，MPPT太阳能控制器能够实时检测太阳能板电压和电流，并不断追踪功率，使系统始终以功率对蓄电池进行充电。

MPPT跟踪效率为99%，整个系统发电效率高达到97%，并且对电池拥有的管理，分为MPPT充电、恒压均充电和恒压浮充电。

太阳能全智能控制器2

太阳能控制器具有以下主要功能：

1、过充保护：充电电压高于保护电压时，自动关断对蓄电池充电，此后当电压掉至维持电压时，蓄电池进入浮充状态，当低于恢复电压后浮充关闭，进入均充状态。

2、过放保护：当蓄电池电压低于保护电压时，控制器自动关闭输出以保护蓄电池不受损坏；当蓄电池再次充电后，又能自动恢复供电。

3、负载过流及短路保护:负载电流超过10A或负载短路后,熔断丝熔断，更换后可继续使用。

4、过压保护：当电压过高时，自动关闭输出，保护电器不受损坏。

6、具有防雷击功能：当出现雷击的.时候，压敏电阻可以防止雷击，保护控制器不受损坏。

7、太阳能电池反接保护：太阳能电池“+”“-”极性接反,纠正后可继续使用。

8、蓄电池反接保护：蓄电池“+”“-”极性接反，熔断丝熔断，更换后可继续使用

9、蓄电池开路保护：万一蓄电池开路，若在太阳能电池正常充电时，控制器将限制负载两端电压，以保证负载不被损伤，若在夜间或太阳能电池不充电时，控制器由于自身得不到电力，不会有任何动作。

10、具有温度补偿功能。

11、自检：当控制器受到自然因数影响或人为作不当时，可以让控制器自检，让人知道控制器是否完好，减少了很多不必须要的工时，为赢得工程质量和工期创造条件。

12、恢复间隔：是为过充或过放保护所做的恢复间隔，以避免线电阻或电池的自恢复特点造成负载的工作斗动。

14、光控：多用于自动灯具，当环境足够亮时，控制器就会自动关闭负载输出；而环境暗下来后又会自动开启负载，以实现自动控制的功能。

太阳能全智能控制器3

太阳能控制器是用于太CPU的组成:阳能发电系统中，控制多路太阳能电池方阵对蓄电池充电以及蓄电池给太阳能逆变器负载供电的自动控制设备。太阳能控制器采用高速CPU微处理器和高精度A/D模数转换器，是一个微机数据采集和监测控制系统。

既可快速实时采集太阳能系统当前的工作状态，随时获得PV站的工作信息，又可详细积累PV站的历史数据，为评估PV系统设计的合理性及检验系统部件质量的可靠性提供了准确而充分的依据。此外，太阳能控制器还具有串行通信数据传输功能，可将多个太阳能系统子站进行集中管理和远距离控制。

通过使用创新性的功率追踪技术，太阳能控制器能保证太阳能阵列全天时、全天候的效率的工作。可以将太阳能组件工作效率提高30%。还包含搜索功能，它在整个太阳能板工作电压范围内每2个小时搜寻一次功率输出点。带温度补偿的I-U曲线充电控制可以显著地延长蓄电池的寿命。

开路电压高达95V的使用于并网系统中的较低成本的太阳能电池板可以通过太阳能控制器使用于独立12V或24V系统中，这可以极大的降低整个系统的成本。

太阳能控制器的作用：

1、功率调节功能。

2、通信功能、简单指示功能、协议通讯功能。

3、完善的保护功能、电气保护、反接、短路、过流。

简述CPU控制器的主要功能

1、运算器：运算器由算术逻辑单元（ALU）、累加器、状态寄存器、通用寄存器组等组成。算术逻辑运算单元（ALU）的基本功能为加、减、乘、除四则运算，与、或、非、异或等逻辑作，以及移位、求补等作。

处理器（CPU）是计算机的主要设备之一，是计算机的核心部件。它的功能主要是解释计算机指令和处理计算机软件中的数据。

CPU是计算机的核心部件，负责读取指令、解码指令和执行指令。CPU主要由控制器和计算器两部分组成，其中还包括缓存、数据和总线来实现它们之间的连接。

由于I/O设备的速度较低，CPU和内存的速度也较高，因此必须在控制器中设置缓冲区。输出时，缓冲区用于临时存储来自主机的高速数据，然后以i/o设备的速率将缓冲区中的数据传输到i/o设备。

输入时，缓冲区用于临时存储来自I/O设备的数据。在接收到一批数据后，缓冲区中的数据被高速传输到主机。

CPU和GPU的比较：

1、GPU：GPU即图像处理器，相比于CPU而言，GPU的工作更为单一。在大多数的个人计算机中，GPU仅仅是用来绘制图像的。由于GPU会产生大量的热量，所以通常显卡上都会有独立的散热装置。

2、设计结构：CPU有强大的算术运算单 元，可以在很少的时钟周期内完成算术计算。同时，有很大的缓存可以保存很多数据在里面。此外，还有复杂的逻辑控制单元来降低延时。GPU是基于大的吞吐量设计，有很多的算术运算单元和很少的缓存。同时GPU支持大量的线程同时运行。

3、使用场景：CPU有大量的缓存和复杂的逻辑控制单元，因此它非常擅长逻辑控制、串行的运算。GPU因为有大量的算术运算单元，因此可以同时执行大量的计算工作，它所擅长的是大规模的并发计算。使用CPU来做复杂的逻辑控制，用GPU来做简单的算术运算，就能够提高程序的运行速度。

参考资料来源：

CPU原理

CPU的主要功能是执行存放在主存储器中的程序即机器指令.CPU是由控制器和运算器.

本章概述

本章重点在于:CPU基本组成与指令流程.这涉及到建立整机概念的核心问题:CPU如何执行指令,计算机如何存储信息,如何控制输入/输出.

1.CPU的的基本组成

2.拟定指令流程

1,CPU的的基本组成

在理解CPU的组成时需要抓住以下几点:

(1)ALU部件,以及它的输入与输出方式.

(2)用于运算的一组寄存器R0-R3或暂存器C,D,Z

(3)用于控制的一组寄存器:指令寄存器IR,程序计数器PC,程序状态字寄存器PSW

(4)与访存相关的一组寄存器:存储器地址寄存器MAR,存储器数据状态字寄存器MDR,堆栈指针SP

(5)内部总路线的连接方式,如何向它发送信息,它又如何输出信息

(6)CPU如何通过系统总路线与主存,I/O设备连接

3.3.1节给出的是一种简化的CPU内部组成模型,它是拟定指令流程的基础,

2,拟定指令流程

指令流程体现了计算机工作原理中一个核心内容:CPU怎样执行程序指令 考核方式是给出一条特定的指令,以模型机CPU内部组成为背景,用指令语句描述其读取与执行流程.关键是要熟练掌握几种基本寻址方式的实现过程,分清谁是源地址,谁是目的地址,作码是什么

例如:拟出指令MOV -(SP),X(R0)读取与执行流程.

学习内容:

3.1 算术逻辑运算部件ALU

3.2 运算方法

3.3 CPU模型的组成及其数据通路

3.4 时序控制方式

3.5 指令的执行与组合逻辑控制器

学习目标:

理解全加器的逻辑式和结构,并行加法器及所采用的进位链,多功能算术逻辑运算部件SN74181的功能.

掌握初码定点加减运算,移位作,理解浮点加减运算,十进制加法运算,掌握无符号整数一位乘法并了解其逻辑实现,掌握无符号整数一位除法,了解浮点乘除运算.

学习目标:

掌握模型机的基本组成,数据通路及数据传送,掌握微命令的基本形式.

理解控制器的功能,掌握指令流程及组合逻辑控制器的工作原理.

掌握微型程序控制的概念,了解微指令的编码方式和顺序控制方式,了解微指令的格式.

重点难点:

补码定点加减运算,无符号整数一位乘法和除法.(难点)

指令流程及组合逻辑控制器的工作原理.(重点)

课时安排:

9课时.

媒体使用:

使用多媒体投影,主要采用PowerPoint准备的电子教案.

§ 3.1 算术逻辑运算部件ALU

ALU是一种功能较强的组合逻辑电路,有时被称为多功能函数发生器.

ALU的核心是加法器.

ALU主要完成对二进制代码的定点算术运算和逻辑运算.

§ 3.1.1 加法单元

全加器与半加器:

An An-1…Ai…A2 A1 A0

Bn Bn-1…Bi …B2 B1 B0

全加器为考虑三个输入的加法单元,半加器为考虑两个输入的加法单元.

低位送进来的进位Ci

输入量

输出量

用半加器构成全加器

(1)半加求和可用异或门实现:

半加和=AiOBi (半加器的逻辑式)

半加器又称为异或门

(2)全加器=两个半加,其逻辑式:

∑i=AiOBiOCi

C i+1=AiBi+(AiOBi)Ci

因逻辑门电路均存在延迟时间,全加器电路是一个延迟部件,其特性将影响全加器的速度.

++

++

+§ 3.1.2 并行加法器与进位链结构

并行加法器:是用n位全加器实现两个n位作数各位同时相加,其中的全加器的位数与作数的位数相同.

进位链:并行加器中传递进位信号的逻辑线路,称为~

1. 基本进位公式:

C i+1=AiBi+(AiOBi)Ci

2. 并行加法器的串行进位:

(1)串行进位的并行加法器是将n个全加器串接起来,就可进行两个n 个位数相加.

(2)串行进位方式:是指相加的进位逐级形成的,每一级的进位直接依赖于前一级的进位.称为~(行波进位)

+Gi为进位产生函数

Pi为进位传递函数

(3)串行进位的延迟时间较长.

(4)串行进位的逻辑表达式:见教材P61.

3. 并行进位(先行进位,同时进位)

(1)定义:同时形成各级进位信号的方法,称为~.

(2)采用并行进位的加法器的运算速度较快,但是以增加硬件逻辑线路为代价的.

§ 3.1.3 ALU举例

1. SN74181外特性

2. SN74181内部结构

3. SN74181功能表

4. 用SN74181构成多位的ALU

§ 3.2 运算方法

§ 3.2.1 定点加减运算

1. 原码加减运算:

原码的加减法较复杂,很少使用,其原因:

(1)原码的加减运算,因计算机的实际作取决于指令中的作码和两个作数的符号;

(2)运算结果的符号判断也较复杂.

2.补码加减运算:

(1)补码加法运算:

[X]补+[Y]补=[X+Y]补

两个相加的数无论正负,只要是以补码的形式表示的,则可按二进制规则相加.

(2)补码的减法运算:

[X-Y]补=[X+(-Y)]补=[X]补+[-Y]补

符号位作为数的一部分直接参与运算.

为[Y]补的机器负数

由[Y]补求[-Y]补(机器负数)的方法

定点小数:

例: [Y]补 =0.01011

[-Y]补=1.10100+0.00001=1.10101

定点整数:

[-Y]补= [Y]补+1

[-Y]补=0110100+1=0110101

(3) 补码的运算规则:

参加运算的作数和运算结果均用补码表示;

符号位作为数的一部分直接参与运算;

若指令作码为加,则两个数按二进制规则相加;

若指令作码为减,则被减数+减数的机器负数.

机器负数的求法见上张幻灯片.

3. 溢出判别

溢出:指计算机的运算结果超出其所能表示的范围,而发生错误.

溢出的分类:

正溢出:运算结果为正且大于所能表示的正数.

溢出判断的方法:

(1)采用一个符号位判断:

即:当两个同号数相加,若所得结果与两数符号不同,则表示溢出.

即:两正数相加,有效位有进位,符号位无进位,表明运算结果溢出;

两负数相加,有效位无进位,符号位有进位,表明运算结果溢出;

以下各判断逻辑式见教材P66-67)

(3)采用变形补码

将符号位扩充为两位,称为变形码.

采用变形祉码表示的运算结果,可根据两个符号位是否一致来判断是否溢出.

双符号位的含义:

00——结果为正,无溢出;

01——结果为正溢出;

10——结果为负溢出;

11——结果为负,无溢出.

CPU内设的一个状态寄存器,其中的溢出位V是用来记录溢出是否发生.

§ 3.2.2 移 位

移位作的分类:

按性质分:逻辑~,循环~,算术~

按被移位数据长度分:字节,半字节,多倍字节

按每次移位的位数分:移1位,移n位(n ≤被移位数据长度)

1. 逻辑移位:

定义:将一组无数值意义的二进制代码进行移位.

移位规则:左移时低位补0,右补移时高位补0.

2.循环移位:

定义:在闭合移位环路中,在被子移位数据的位与位之间有移位通路.

循环左移时位移到位,其余各位依次左移;

循环右移时位移到位,其余各位依次右移;

3. 算术移位:

定义:带符号数的移位,移位后数的符号不变而数值变化.

(1)原码移位规则

(2)补码右移规则 见教材P68页

(3)补码左移规则

§ 3.2.3 浮点加减运算

运算规则及硬件实现

(1)对阶作.(重点是对阶的规则P65)

(2)实现尾数的加(减)SP也是可编程访问的寄存.运算

(3)结果规格化和判断溢出

左规

右规

(4)余入作

§ 3.2.4 十进制加减运算

1. 进制转换

2. 直接进行十进制运算:

采用BCD码表示,运算由BCD码运算指令完成.

两种方法:见教材P71页.

3. BCD码的加法运算

"加六校正"

§ 3.2.5 定点乘除运算

乘除法运算是计算机的基本运算之一.因乘除法运算 需要更多的硬件支持,并不是所有的计算机都配置这种硬件,但是所有的计算机都能做乘除法运算.

实现乘除法运算大致有三种方案.

本节只讨论无符号整数一位乘法和除法.

实现乘除法运算大致有三种方案:

(1)采用软件实现乘除法运算.

(2)在原有运算器基础上增加一些硬件设备来实现乘,除法作.

(3)设置专用的乘除法器.使设备处理设备专用化,目的是加快运算速度.一般适用于大,中型计算机.

1.无符号整数一位乘法

1101 被乘数B

×1011 乘数C

1101

1101

+ 1101

10001111 乘积

1101

×1011

00001101 B共4次右移

0001101 B共3次右移

00000 B共2次右移

+ 01101 B共1次右移

10001111 乘积

实现无符号整数一位乘法

规则:将n位乘转换为n次"累加与移位",即每一步只求一位乘数所对应的新部分积,并与原部分积作一次累加,然后右移一位.

流程图:见教材P73页,图3-8

B—存放被乘数,C—存放乘数,

A—初值为0,存放部分积,存放乘积高位.

用A和C寄存器联合右移以存放逐次增加的部分积,并且使每次作依据的乘数位始终在C的位.乘法完成时,A,C存放的是乘积,其中C的内容是乘积的低位部分.

硬件逻辑原理图:图3-9

例:P73,图3-8(无符号整数一位乘算法流程框图)

n位被除数—B

n位乘数—C,0—A

C0=1

结 束

开 始

A,C右移一位

A+0—A

A+B—A

C0=1

NY

NY

例3-11:1101×1011的运算过程:

B 1101 (被乘数)

Ca 0 A 0000 C 1011 (乘数)

0 0000

C0=1 +B 1101 1011

0 1101

0 0110 1101

C0=1 +B 1101

1 0011

0 1001 1110

C0=0 +0 0000

0 1001

0 0100 1111

C0=1 +B 1101

1 0001

0 1000 1111

初始状态

节拍

第二节拍

第三节拍

第四节拍

乘积

A\B\C三个寄存器

2.无符号整数一位除法

由手算法可知:决定商是"1"还是"0",根据部分被除数或余数减去除数是否够减.

计算机是实现除法运算,就是要解决如何判断够减与否的问题.方法如下:

用逻辑线路进行比较判别

恢复余数法——(改进)不恢复余数法或加减交替法.(见教材P75页)

恢复余数法:

将被除数或余数减去除数,若所得余数符号位为0(即正)表明够减,上商1;若余数符号位为1(即负)表明不够减,上商0加上除数(即恢复余数法)

即:先做减法,若余数为正,上商1;若余数为负,上商0,必须恢复原来的余数(加上除数).

不恢复余数法(加减交替法):

此法的特点是在运算过程中如出现不够减,则不必恢复余数,可根据符号,继续向下运算.这样运算时步数固定,控制简单.

规则:

当余数为正时,商为1,余数左移一位,减除数;

当余数为负时,商为0,余数左移一位,加除数

无符号整数不恢复余数除法流程图:

见教材P75页,图3-11

运算初始时,除数— B,被除数—A和C(其中A—高位,C—低位)

除法完成后商放在C寄存器中,余数放在A寄存器中.

A寄存的位作为运算中的符号位,用于指示余数的正负.

注意:例3-12中步

A-B=[A]原-[B]原=[A]初-[B]初= [A]初+[-B]初

B的机器负数:[-B]初=[B]初+1

B求反

作业第10页

00.1101

++

++

§ 3.2.6 浮点乘除运算

1. 浮点乘法运算

阶码相加并判断溢出

尾数相乘

规格化处理

2. 浮点除法运算

预置

尾数调整

求阶

尾数相除

§ 3.3 CPU模型的组成及其数据通路

控制器:完成取指令,分析指令,执行指令的作.

运算部件:实现指令所指定的各种算术逻辑运算作.

各种寄存器:用于存放指令,指令地址,作数及运算结果.

CPU内部数据通路:用以连接CPU内部各部件,为信息提供通路.

§ 3.3.1 基本组成

1. 寄存器:

存放控制信息的寄存器,如指令寄存器,程序计数器和程序状态字寄存器.

存放所处理的数据的寄存器,如通用寄存器和暂存器.

寄存器的种类:

(1)通用寄存器:

4个:R0,R1,R2,R3

一组可编程访问,具有多种功能的寄存器.

指令系统为其分配编号,即寄存器地址.

(2)暂存器:

3个:C,D,Z

C用来暂存从主存储器读出的数据

D设置在ALU的输入端,用来存放一个作数,还可暂存从主存储器读出的数据,并设有左移和右移的功能.

Z设置在ALU的输出端,用来存放运算结果.

指令系统中没有为其分配编号,故不能编址访问.

(3)指令寄存器IR:

指令寄存器IR——用来存放当前正在执行的一条指令.IR的输出是控制器产生控制信号的主要逻辑依据.

(4)程序计数器PC:

程序计数器又称为指令计数器或指令指针IP.

作用是提供指令的地址.

具有加1计数功能,并可编程访问.

(5)程序状态字寄存器PS:

程序状态字寄存器又称为标志寄存器.

作用:用来存放现行程序的运行状态和工作方式,其内容称为程序状态字PSW.

PSW是参与控制程序执行的重要依据.

(6)堆栈指针SP:

SP用来指示堆栈栈顶的位置,其内容是栈顶单元的地址.

(7)与主存接口的寄存器MAR,MDR:

地址寄存器MAR用来存放CPU访问主存或I/O接口的地址.MAR连接地址总线的输出门是三态门.

数据寄存MDR用来存放CPU与主存或I/O接口之间传送的数据.

CPU对主存的控制信号有两个:

读信号RD—控制对主存的读作

写信号WR—控制对主存的写作

2. 运算部件:

控制ALU运算的控制信号有:

B加(减)1

A减1

A加1

求反

求负

B±1

A--1

A+1

NEG

COM

异或

与减 --

加+

XOR

OR

AND

SUB

3. 总线与数据通路结构:

(1)ALU总线

CPU内部采用单总线结构,即设置一组由16根双向数据传送组成的ALU总线(CPU内总线),ALU和所有的寄存器通过这组公共总线连接起来.

在单总线结构中,CPU的任何两个部件间的数据传送都必须通过这组总线,控制较简单,但传送速度受到限制.

(2)系统总线:16根地址总线,16根数据总线,以及控制总线.

CPU

主存

接口

接口

I/O设备

I/O设备

常见计算机硬件系统结构

地址总线

控制总线

CPU通过MDR向数据总线发送或接收数据,以完成与主存单元或I/O接口之间的数据传送.

CPU通过控制总线向主存或I/O设备发出(或接收)有关控制信号.

4. 控制器及微命令的基本形式:

(1)微命令的基本形式

微作命令:是基本的控制信号,是指直接作用于部件或控制门电路的控制信号,简称微命令.

微命令的两种形式:

①电位型微命令:见教材P81页

②输出设备（Output Device）是计算机的终端设备，用于接收计算机数据的输出显示、打印、声音、控制外围设备作等。也是把各种计算结果数据或信息以数字、字符、图像、声音等形式表示出来。脉冲型微命令:各寄存器均采用同步打入脉冲将ALU总线上的数据打入其中.

其种类有:CPR0, CPR1, CPPC, CPIR, CPSP, CPMAR, CPMDR等…..……………

(2)控制器

控制器:基本功能就是执行指令,即根据指令产生控制信号序列以命令相应部件分步完成指定的作.

传统控制器的主要部件包括:指令寄存器IR,指令译码器,程序计数器PC,状态字寄存器PSW,时序系统和微作信号发生器.

计算机的组成框图:

输入设备

运算器

输出设备

控制器

存贮器

控制信号

数据信号

数据

程序

结果

输入命令

作命令

存取数据

输出命令

存取命令

CPU

计算机的基本工作原理——冯诺依曼原理

§ 3.3.2 数据传送

1.寄存器之间的数据传送:直接通过ALU总线传送数据,具体传送由输出门和打入脉冲控制.

2. 主存数据传送到CPU:通过系统总线传送数据.

3. CPU数据传送到主存

4. 执行算术或逻辑作

见教材P82页

§ 3.4 时序控制方式

计算机中的一条指令的执行过程需要分成读取指令,读取作数,运算,存放结果等步骤.每一步作则是由控制器产生相应的一些控制信号实现的,每条指令都可分解为一个控制信号序列.

指令的执行过程就是依次执行一个确定的控制信号序列的过程.

时序控制方式就是指微作与时序信号之间采取保种关系,它不仅直接决定时序信号的产生,也影响到控制器及其它部件的组成,以及指令的执行速度.

§ 3.4.1 指令执行过程

1. 指令的分段执行过程

(1)取指令

(2)分析指令

(3)执行指令

取作数

执行作

2. 指令之间的衔接方式:

能有效提高设备利用率和运算速度,但若程序需要转移,预取下条指令失败.

是在对现行指令系统运算作时提前从主存取出下条指令,而不必等当前指令全部执行完.

并行的重叠处理方式

这种方式控制简单,但在时间上不能充分利用部件.

是指在一条指令执行完毕后才开始取下条指令

串行的顺序安排方式

特点

定义

时序控制方式就是指微作与时序信号之间采取保种关系,它不仅直接决定时序信号的产生,也影响到控制器及其它部件的组成,以及指令的执行速度.

同步控制方式

同步控制方式的多级时序系统

1. 同步控制方式:

定义:指各项作由统一的时序信号进行同步控制,这就意味着各个微作必须在规定时间内完成,到达规定时间就自动执行后继的微作.

基本特征:是将作时间分为若干长度相同的时钟周期(也称节拍),要求在一个或几个时钟周期内完成各个微作.

采用范围:CPU内部,CPU,主存,各I/O接口之间.

优点:时序关系简单,结构上易于集中,相 应的设计和实现较方便.

缺点:对时间少的微作,存在时间上的浪费

2. 同步控制方式的多级时序系统:

在CPU中为实现同步控制,必须设置一时序系统,以产生统一的时序信号对各种作进行定时控制.

在组合逻辑控制器中,是依靠不同的时间标志使CPU分步执行指令,其时序信号常划分为3级:机器周期,节拍,时钟脉冲.

在微程序控制器中,一条指令对应一段微程序(微指令序列),其时序信号划分为2级:节拍,时钟脉冲.

CPU每出并执行一条指令,都要完成一系列的作,这一系列作所需要的时间通常叫做一个指令周期.简单地说,指令周期是取出并执行一条指令的时间.

开始

取指令

分析指令

执行指令

取指令——执行指令序列

时序信号划分为3级:

机器周期:

在组合逻辑控制器中,通常将指令周期划分为几个不同的阶段,每个阶段所需的时间,称为机器周期,又称为CPU工作周期或基本周期.

节拍(时钟周期):

节拍长度由CPU内部的作的需要

在时序系统中设置节拍发生器,用以产生节拍信号.

时钟脉冲:时序系统的基本定时信号.

(2)多级时序信号之间的关系:

见教材P86页,图3-14时序信号之间的关系.

(3)时序系统的组成:

见教材P87页,图3-15时序系统框图.

§ 3.5 指令的执行与组合逻辑控制器

按产生控制信号的方式不同控制器可分:组合逻辑控制器和微程序控制器.

组合逻辑控制器:是指产生控制信号即微命令的部件,是用组合逻辑线路来实现.

微程序控制器:即将机器指令的作(从取指令到执行)分解为若干个更基本的微作序列,并将有关的控制信息(微命令)以微码形式编成微指令,输入控制存储器中.

它是早期设计计算机的一种方法,这种方法 是把控制部件看作为产生专门固定时序控制信号的逻辑电路,而逻辑电路以使用少元件和取得作速度为设计目标.一旦控制部件构后,除非重新设计和物理上对它重新接线,否则要想增加新的控制功能是不可能的

1、从内存中取出一条指令，并指出下一条指令的位置.2、对指令译码测试，产生相应的控制信号。3、指挥控制CPU，内存和输入，输出设备之间的数据流动方向。

控制器：向计算机其他部件发送控制信息

微型计算机,控制器的基本功能是什么

3、硬盘：存储数据。接口连(1)多时序概念:指在同步控制方式中,通常将时序信号划分几级(其中包括指令周期),称为多级时序.接。ATA,SATA

微型计算机中，控制器的基本功能是：控制机器各个部件协调一致地工作。微机系统是由微型计算机、显示器、输入输出设备、电源及控制面板等组成的计算机系统。配有作系统、高级语言和多种工具性软件等。

太阳能控制器基本功能在于控制电池电压并打开了电路，当电池电压升到一定程度时，停止蓄电池充电。

微型计算机简称“微型机”、“微机”，由于其具备人脑的某些功能，所以也称其为“微电脑”。微型计算机是由大规模集成电路组成的、体积较小的电子计算机。它是以微处理器为基础，配以内存储器及输入输出（I/0）接口电路和相应的辅助电路而构成的机。微型计算机系统从全局到局部存在三个层次：微型计算机系统、微型计算机、微处理器（CPU）。单纯的微处理器和单纯的微型计算机都不能独立工作，只有微型计算机系统才是完整的信息处理系统，才具有实用意义。一个完整的微型计算机系统包括硬件系统和软件系统两大部分。硬件系统由运算器、控制器、存储器（含内存、外存和缓存）、各种输入输出设备组成，采用“指令驱动”方式工作。