电子数字计算机工作原理资料

1.3 电子数字计算机工作原理 介绍Neumann原理以及Neumann计算机的关键部件及其工作原理。 1.3.1 Neumann原理 1.3.2 计算机存储器的特点原理 1.3.3 开关电路的逻辑运算与算术运算 1.3.4 计算机控制器的工作原理 1.3.5 一个程序的执行过程 1.3.1 Neumann原理 在电子时代首先提出将程序存储控制原理运用到计算机中的就是著名的Von Neumann。Neumann。他于1946年6月出版的《关于电子计算机逻辑设计的初步讨论》报告中提出： (1)指令要像数据那样存放在存储器中，并且可以像数据那样进行处理； (2)要使用二进制； (3)电子数字要采用程序存储控制原理进行工作，所以需要有存储器、计算器、控制器、输入设备和输出设备5部分组成。 1.3.2 计算机存储器的特点原理 1. 按照地址进行存取 2. 所存储的内容“取之不尽，新来旧去” 3. 分级存储 1. 按照地址进行存取 计算机的存储器就像中药铺中的药盒——称存储单元，密密麻麻地排在一起，要往里放数据或指令或从中取出数据或指令的方法是预先编号，按照号码进行。这些号码就称为存储单元的地址。 2. 所存储的内容“取之不尽，新来旧去” 现在的存储器都是电或磁元件做成。其存储原理就像磁带一样，存进之后，无论怎样使用(读)，都不会消失；但只要存进(写入)新的内容，旧的内容就不复存在。 3. 分级存储 为解决速度、容量和成本之间的矛盾。 目前的计算机存储器一般分为3级：辅助存储器(也称外存，如光盘、磁盘、U盘等)、主存储器(也称内存)和高速缓冲寄存器(cache，简称缓存)。 1. 用开关实现门电路 2. 逻辑代数的基本定律 3. 一位加法电路──全加器 4. 串行加法电路 5. 并行加法电路 1. 用开关实现门电路 几种基本组合逻辑电路 2. 逻辑代数的基本定律 (1) 关于变量与常量的关系 A + 0＝A A + 1＝1 A + A＝1 A·0＝0 A·1＝A A·A＝0 (2) 重复律 A·A＝A A + A＝A (3) 吸收律 A + A·B＝A A·(A + B)＝A (4) 分配律 A(B + C) ＝A·B + A·C A + B·C＝(A + B)·( A + C) (5) 交换律 A + B＝B + A A·B＝B·A (6) 结合律 (A + B) + C＝A + (B + C) (A·B)·C＝A·(B·C) (7) 反演律 A·B·C·…＝A + B + C + … A + B + C + …＝A·B·C·… 3. 一位加法电路──全加器 Si = Xi·Yi·Ci-1+ Xi·Yi·Ci-1+ Xi·Yi·Ci-1+ Xi·Yi·Ci-1= Xi + Yi + Ci-1 Ci = Xi·Yi·Ci-1+ Xi·Yi·Ci-1+ Xi·Yi·Ci-1+ Xi·Yi·Ci-1= Xi·Yi +(Xi + Yi)·Ci-1 4. 串行加法电路 4. 串行加法电路中“D触发器的原理” 触发器是一种时钟控制的记忆器件，触发器具有一个控制输入讯号(CLOCK, C端)。CLOCK讯号使触发器只在特定时刻才按输入讯号改变输出状态。若触发器只在时钟CLOCK由低电压L到高电压H(H到L)的转换时刻才接收输入，则称这种触发器是上升沿(下降沿)触发的 触发器可储存一位的数据 5. 并行加法电路 6. 加/减法电路 1.3.4 计算机控制器的工作原理 1. 控制器的功能 2. 控制器的组成及工作过程 1. 控制器的功能 (1)定序。 (2)定时 统一的时间标准——时钟和节拍 时钟频率 (3)操作控制。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操作控制信号。 2. 控制器的组成及工作过程 控制器执行一条指令的过程 “取指令—分析指令—执行指令” (1)取指令。控制器的程序计数器PC(Program counter)中存放当前指令的地址(如n)。执行一条指令的第一步就是把该地址送到存储器的地址驱动器(图中没有画出)，按地址取出指令，送指令寄存器IR(1nstructionRegister)中。同时，PC会自动加1，准备取下一条指令。 (2)分析指令。一条指令由两部分组成：一部分称为操作码OP(operation code)，指出该指令要进行什么操作；另一部分称为数据地址码，用于指出要对存放在哪个地址中的数据进行操作(如m)。在分析指令阶段，要将数据地址码送到存储器中