电子科大-微机原理课件-chap3.pdf

第三章 微处理器体系结构及关键技术 3.1 微处理器体系结构及功能模块简介 1. 处理器的主要功能 2. 处理器的基本结构 3. 一个简化的处理器模型结构示例 3.2 处理器设计 1. 指令系统 数据类型、指令功能、指令格式、寻址方式 2. 数据通路 ALU、Reg、总线 宽度、周期 3. 控制流程 程序、指令、微操作 4. 时序部件 时钟周期、工作周期、指令周期 5. 控制逻辑 随机逻辑、微程序(微码) 3.3 指令流水线技术 特点、操作、局限、设计 3.4 典型微处理体系结构简介 ARM、x86 3.5 先进的微处理器技术 2012/1/21 第三章习题 作业：1~3、5、9、10、 11、13~15 思考：1.6、4、6~8、12 、16 补充题(选作） 1、有一条4个段的线性流水线，各段的执行时间分别为50ns、 50ns、100ns、200ns。 （1）连续向流水线输入6条指令，画出指令执行的时-空图， 求该流水线的实际吞吐率和效率。注意计算时需写出步骤。 （2）该流水线的瓶颈在哪一个段？请采用两种不同的措施 消除此瓶颈，画出两种改进方法后执行6条指令的时-空图。 2、某计算机指令系统中，指令字长为12位，每个地址码长3位， 有三地址指令4条，单地址指令255条，零地址指令16条。 （1）能否以扩展操作码为其编码？说明其理由。 （2）如果其中单地址指令为254条呢？说明其理由。 几个概念 1. 中央处理单元控制器、运算器、寄存器 Central Processing Unit, CPU 2. 微处理器 单 片 Micro Processing Unit, MPU 芯 片 3. 微控制单元 Micro Control Unit, MCU 4. 单片机 CPU、少量存储器及I/O接口 5. 计算机 CPU+存储器+总线/接口+外设 2012-1-21 4/86 微处理器的主要功能 计算机系统设计师认为：处理器是指一种能够经 过多个步骤执行计算任务的数字设备。 从本质上讲，处理器的作用是协调和控制计算机 的各个部件，并执行程序的指令序列。 处理器的5个主要功能： ① 指令控制：控制指令按程序逻辑顺序执行。 ② 操作控制：按照指令执行过程及指令约定功能的需求产 生各种操作控制信号。 ③ 时序控制：能够在适当的时间(时刻)使相应操作控制信 号有效，并保持所需的时长。 ④ 数据加工：对数据进行算术和逻辑运算处理。 ⑤ 中断处理：程序执行过程中应能够及时处理出现的I/O 操作请求及异常情况。 CPU最基本的功能 CPU的作用是协调和 控制计算机的各个部件 取指令，P C 值加1 并执行程序中的指令序 停机? Y 列，因此应具有以下基 N 本功能： 译码并执行 结束 ①取指令：当程序已在存储器中时，首先根据程序入口地址 取出一条程序，为此要发出指令地址及控制信号。 ②分析指令：