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1、計算機結構計算機結構北台灣科技學院電子系北台灣科技學院電子系 莊政義莊政義 教授教授基本計算機組織基本計算機組織計算機組織(Computer Organization) 是以1.暫存器堆 (Register Bank)2.定時及控制(Timing and Control)之資料路徑(Data-Path)結構，以及計 算機所用的指令集 (Instruction Set)定 義之。資料路徑及控制資料路徑及控制資資 料料 路路 徑徑 使用者指令集使用者指令集一計算機系統必須具有完 整的指令集， 亦即：此計 算機系統的使用者以機器 語言可計算任何的函數。完整的指令集有如下分類：1.算術、邏輯、移位指令
2、。2.記憶體與暫存器間轉移指令。3.程式控制、狀態條件式指令。4.輸入、輸出及中斷式指令。內儲程式計算機系統內儲程式計算機系統( (Stored Program Computer)Stored Program Computer)1. 計算機指令(instruction)係為指定微運算的二 進碼，指令碼及資料儲存於記憶體中。2. 計算機從主記憶體中依次讀出每一個指令， 稱為提取 (Fetch) ；由控制單元解譯運算碼 (OP-decode)，以慿發出控制信號，執行一連 串的微運算，來執行此指令。因此一個巨指令(macro-instruction)是由許多微 運算(micro-operation)
3、依序達成的。內儲程式組織內儲程式組織指令碼指令碼指令碼有二部份：1.運算碼(op-code) 指定所需的微運算。2.運算元(operand) 通常為記憶字、資料之位 址，或是暫存器，依照直接、間接、或是暫 存器定址(addressing)方式不同分別之。因此一個運算碼又稱為巨運算(macro-operation) 是由許多微運算(micro-operation)依序達成的。定定 址址 方方 式式基本計算機架構基本計算機架構基本架構之暫存器基本架構之暫存器基基 本本 架架 構構 之之 匯匯 流流 排排計算機指令格式計算機指令格式計計 算算 機機 指指 令令 集集控制單元控制單元 ( (Timin
4、g and ControlTiming and Control) )控制單元有二種組織：1.固線式控制 (hardwired control) 使用硬體 模組、功能性電路實現之，其優點：最 佳化、快速；但是不便於更改。2.微程式控制 (micro-programmed control) 控制資訊規劃於控制記憶體中，用以啟 動所需的微運算。其優點：便於更改功 能；但是執行較慢。基基 本本 計計 算算 機機 之之 控控 制制 單單 元元Timing Timing 圖例圖例順序計數器SC依照時 脈正緣遞移而動作， 第一個定時信號為T0D3T4: SC0指令週期指令週期n 存於記憶體之程式是由一序列的
5、指令組成的。n 程式執行時，每一指令須經過一定的指令週期。n 每一指令週期(instruction cycle)再區分成數個子週 期，或稱為階段(phase)，如下：1. 從記憶體提取(Fetch)指令。2. 將提取之指令解譯(op-decode)。3. 計算運算元之有效位址。4. 執行(execute)此指令，並且儲存之。週而復始 地執行， 直到HALT 指令而停 止。提取及提取及 解碼解碼Fetch Fetch 及及 op-op- decodedecode提取及解碼提取及解碼( (續續) )n 一開始 PC 載入第一個指令的位址，順序計數器 SC0 ，產生T0。n 往後，每一時脈之後SCSC+1，順序地產生定時 訊號 T0， T1， T2， ，並做解碼，以決定所須執 行的微運算。T0: MARPCT1: IRMMAR, PCPC+1T2: D0, D7解碼 IR(12-14), MARIR(0-11), IIR(15)Fetch & Op-Decode指指 令令 週週 期期A A S SMM
