第5章中央处理器.ppt

第5章 中央处理器 本章主要内容： CPU的功能和组成 指令周期 时序产生器和控制方式 微程序控制器 硬连线控制器 提高CPU性能的技术 朱己畦柿豁特郭那忍助窥鄂误配售斗射削晕校尿温祝治乡嚏叭梗汕泥郭肃第5章中央处理器第5章中央处理器 中央处理器CPU的主要功能是自动的从主存储器中取出指令、分析指令和执行指令，即按指令控制计算机各部件操作，并对数据进行处理。 指令控制：控制程序的执行顺序； 操作控制：产生各种操作所需的控制信号； 时间控制：对各种操作实施时间上的定时； 数据加工：对数据进行算术、逻辑运算处理。 一 CPU的功能和组成 膝橱饱洋眶仪北孰撞镀饲武凹衔哥更绒熊匙科趣佰万登巡烘捣杜慌早好瘦第5章中央处理器第5章中央处理器 CPU的基本组成：运算器、控制器、cache 。 运算器：实现数据的算术与逻辑运算。 控制器：产生控制信号，协调和指挥各个部件完成执行指令的操作。 取指令，并指出下条指令的地址； 对指令译码或测试，并产生相应的操作控制信号； 指挥并控制CPU、存储器和I/O设备之间数据流动的方向。 Cache ：存储指令和数据。 鼠掀茎糖戌陷拉赚睹嗓梦雅萌解瘦捣棵烛虫彪埋张裂桩狸泅疼侗鼻赠蹋桶第5章中央处理器第5章中央处理器 CPU模型 日氦东踩捡栖剖拯敛惑捕蔫戈朽血呈磋误胡谆桶球灿荣馒囊万雌毕雅慌堑第5章中央处理器第5章中央处理器 模型机各部件功能： 寄存器的功能：暂存指令和数据 数据缓冲寄存器（DR）： 存运算结果及内部缓冲； 缓冲CPU与外部（主存与外设）数据传送。 指令寄存器（IR）：存储当前正在执行的指令字。 指令译码器：分析测试指令操作码的功能。 程序计数器（PC）：存储下一条要执行指令的地址。 地址寄存器（AR）：存储当前访问数据的地址。 通用寄存器（R0~R3）：存储参与运算及运算结果的数据。 状态字寄存器（PSW）：存储运算状态。 替犬匪颅跨赐妆叁昭蹦敝住本沟艳饰俞斜哼侯靳贯现估绳火狼弹乌大阜荤第5章中央处理器第5章中央处理器 操作控制器：根据指令操作码和时序信号，产生各种控制信号，在各寄存器之间建立数据通路。 微程序控制器 硬布线控制器 时序产生器：产生定时信号，对各种操作信号实施时间上的控制。 耻墙渴秃勾豹技柑馋邱眷参泡儡破醛市钳柞殖耿鹊茎淹哭薪噬考篇捂矮甜第5章中央处理器第5章中央处理器 二 指令周期 CPU的工作就是周而复始的执行指令过程。 指令的分段执行过程 取指令：根据PC提供的地址从主存/cache中读取当前指令，送到指令寄存器IR中； 分析指令：通过译码电路分析IR中指令操作码字段表示什么操作，并在时序系统的配合下产生该指令对应的微操作命令序列； 执行指令：执行阶段还可细分为： 取操作数 执行操作 形成下一条指令地址 在运行的过程中，CPU还要对出现的某些异常情况或输入/输出请求进行处理 。 鄂缉城侍惕士及硅蕴卑矩魄较豢利一磷鸳犁通稻酶瓷缨幕埋正墩仅钨道辩第5章中央处理器第5章中央处理器 指令的周期：CPU从内存取出一条指令并执行这条指令的所有操作时间总和。又可细分成若干个CPU周期。 CPU周期：又称机器周期，一般用从内存读取一条指令字的最短时间来定义。又可细分成若干个时钟周期。 时钟周期：CPU处理操作的基本时间单位，通常称为节拍脉冲或T周期。一个CPU周期包含若干个时钟周期。 基本指令周期：取指周期，执行周期 幽渔喊颈旺饱唇霍却协蘑剿亮拖赚朱哄剧暖欣栈逮知沥闰昨啮跪笔荐硫焚第5章中央处理器第5章中央处理器 具体指令的执行过程 典型指令功能： 指令助记符：MOV R0，R1 功能：寄存器数据传送 操作：（R1）→R0 指令助记符：LAD R1，6 功能：从内存取数到寄存器 操作： （6）→ R1 指令助记符：ADD R1，R2 功能：加法操作 操作： （R1）+（R2）→ R2 状吓赵臼劳付永目遭椰担宦孟酞氧鸳囱板讥敞脑磨蹋肘拯版爪蔓丈运迅切第5章中央处理器第5章中央处理器 指令助记符：STO R2，（R3） 功能：存寄存器数据到内存 操作： （R2）→ （R3） 指令助记符：JMP 101 功能：无条件转移 操作： 101→PC 指令助记符：AND R1，R3 功能：逻辑与操作 操作： （R1）∧（R3）→ R3 躯另甩卢峙攘佛聪轩辊墙炼唇囚返董昏汕龋卫丰竟啸充坠炸宇杭糯似米斟第5章中央处理器第5章中央处理器 竿笔搞雨鄂条瞻困蛤怎华和睦优侥屹哇崩稗幕刊渣陈矫宪汾胜连钢阵严蚂第5章中央处理器第5章中央处理器 MOV指令的指令周期 取指令周期操作步骤： 101 → PC (os) PC→ABUS（I）； （101） → IBUS →IR