chp5-1_CPU的功能和组成1.ppt

* 控制器的组成框图 微操作控制信号形成部件 程序计数器 地址形成部件 指令译码器 时序信号 发生器 程序状态 寄存器 启停电路 操作码 寻址方式 地址码 脉冲源 控制台 中断控制逻辑 … … … …… … … 程序计数器 地址形成部件 时序信号 发生器 程序状态 寄存器 启停电路 脉冲源 中断控制逻辑 指令寄存器 指令译码器 操作码 寻址方式 地址码 控制台 微操作控制信号形成部件 * * 作业 书本第181页，1 * * * * * * * * 第五章 中央处理器 返回 * 第五章 中央处理器 5.1CPU功能和组成 5.2指令周期 5.3时序产生器 5.4微程序控制器及其设计 5.5硬布线控制器及其设计 5.6传统CPU 5.7流水CPU 5.8RISC的CPU 5.9多媒体CPU * 5.1 CPU的功能和组成 1、CPU的功能 指令控制（程序的顺序控制） 操作控制（一条指令有若干操作信号实现） 时间控制（指令各个操作实施时间的定时） 数据加工（算术运算和逻辑运算） * 2、CPU的基本组成 （1）中央处理器CPU=运算器+控制器 （2）控制器 控制器的主要功能： 指令的获取 指令的译码或测试，并产生相应的操作控制信号 控制数据流动方向 控制器的组成：程序计数器、指令寄存器、指令译码器、 时序发生器、操作控制器等 * 2、CPU的基本组成 RD/WR LDDR LDIR LDPC LDAR PC+1 * CPU的主要寄存器 通用寄存器：累加寄存器(AC) 暂存器 地址缓冲寄存器(AR)、数据缓冲寄存器(DR) 指令寄存器(IR) 程序计数器(PC) 程序状态寄存器(PSW) 2、CPU的基本组成 * CPU的主要寄存器 地址寄存器、数据缓冲寄存器 中转站 补偿速度差别 2、CPU的基本组成 * CPU的主要寄存器 程序计数器PC(Programming Counter) 用来存放正在执行的指令的地址或接着将要执行的下一条指令的地址 顺序执行时，每执行一条指令，PC的值应加1 转移类指令将转移目标地址送往PC ，可实现程序转移 指令寄存器IR(Instruction Register) 用来存放从存储器中取出的待执行的指令 在执行该指令的过程中，指令寄存器的内容不允许发生变化，以保证实现指令的全部功能 2、CPU的基本组成 * CPU的主要寄存器 程序状态字寄存器（PSW） N Z V P C 0 非负 非零 无溢出 奇数个1 无进位 1 负数 零 溢出 偶数个1 有进位 2、CPU的基本组成 * 2、CPU的基本组成 指令译码器ID(Instruction Decoder) ?? 指令中的操作码经译码后才能识别出是一条怎样的指令 译码器经过对指令进行分析和解释，产生相应的控制信号 地址形成部件?? 根据指令的不同寻址方式，用来形成操作数的有效地址 指令流向的控制，即下条指令地址的形成控制 * 2、CPU的基本组成 时序产生器 机器周期、工作节拍、脉冲及启停控制线路?? 由脉冲源产生一定频率的脉冲信号作为整个机器的时钟脉冲 微操作信号发生器?? 根据指令部件提供的操作信号、时序部件提供的时序信号、被控制功能部件所反馈的状态及条件综合形成真正控制各部件工作的微操作信号 * 3、时序产生器 时序产生器：提供定时和时序信号 时序产生器的作用： CPU中的控制器用它指挥机器的工作 CPU可以用时序信号/周期信息来辨认从内存中取出的是指令（取指）还是数据（执行） 一个CPU周期中时钟脉冲对CPU的动作有严格的约束 操作控制器发出的各种信号是时间（时序信号）和空间（部件操作信号）的函数 * 3、时序产生器 三级时序系统 机器周期：指令执行过程中相对独立的阶段 节拍：组成机器周期的时间区间 时钟脉冲：时序系统的基本定时信号 * 3、时序产生器 微程序控制器，节拍—脉冲二级体制 * 3、时序产生器 时序信号产生器的构成 时钟源 环形脉冲发生器 节拍脉冲和读写时序译码逻辑 启停控制逻辑 * 3、时序产生器 脉冲发生器 * 3、时序产生器 时序信号的产生 * 3、时序产生器 环形脉冲发生器 * 3、时序产生器 触发器 D为电位输入端，CP（Clock Pulse）为脉冲输入端 R,S为电位输入端 特性方程如下 D=0时，CP上升沿到来时，D触发器状态置0 D=1时，CP上升沿到来时，D触发器状态置1 =1 =1 =0 =0 =1 * 3、时序产生器 环形脉冲发生器 CPU发出总清信号CLR，使得触发器C4置1，门3打开；门3使得C1-3清0 0 1 C4、C1-3：1000 * 3、时序产生器 环形脉冲发生器 经过延迟，C4翻转(1 →0) ；C1-3：100 1 0