第5章中央处理器详解.pptVIP

第5章 中央处理器;5.1 CPU的功能和组成;CPU的基本组成 －传统CPU基本组成：运算器、控制器。(在诺曼机的定义中) －现代CPU基本组成：运算器、控制器、浮点运算器和Cache。 控制器的组成：程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序产生器和操作控制器。 控制器的主要功能： 1)从内存中取出指令，并指出下一条指令在内存中的位置。 2)对指令进行译码并产生相应的控制信号启动规定的动作。 3)控制CPU与内存或CPU与输入/输出设备之间数据传递。 运算器的组成：算术逻辑单元(ALU)、通用寄存器、数据缓冲寄存器和状态寄存器。 运算器的主要功能： 1)执行所有的算术运算。 2)执行所有的逻辑运算。 CPU内部的主要寄存器;程序计数器PC用来确定下一条待执行的指令在指令存储器中的地址，顺序寻址PC+1-PC；跳跃寻址将指令中的地址码装入。;操作控制器与时序产生器 　 在CPU中有很多寄存器，信息从什么地方开始，中间经过哪个寄存器，最后传送到哪个寄存器，都要加以控制。在各寄存器之间建立数据通路的任务，这是由称为操作控制器的部件来完成的。 操作控制器的功能：根据指令操作码和时序信号，产生各种操作控制号，以便正确地建立数据通路，从而完成取指令和执行指令的控制。 根据设计方法不同，操作控制器可分为： 1)采用时序逻辑技术实现的硬布线控制器 2)采用存储逻辑实现的微程序控制器 3)前两种方式的组合的控制器　　 　　操作控制器对各部件产生的控制信号必须严格遵守时序关系，这是由时序产生器的部件完成的。 时序产生器的功能：对各种操作实施时间上的限制。;5.2? 指令周期;指令周期的概念 －时钟周期：时钟周期是CPU的基本时间计量单位，它是CPU一切操作的计时标准和基本控制信号，它由计算机的主频决定。 8086的主频为5MHZ，则一个时钟周期为200ns 80486主频为100MHZ，则一个时钟周期为10ns;－指令周期：执行一条指令需要经过读取指令，指令译码及指令执行的过程，把执行一条指令所需要的时间称为指令周期。 不同指令的指令周期是不等长的，最短时间为两个机器周期，一个机器周期取指令，一个机器周期执行指令；有的复杂的指令需要更多机器周期。; 下面给出6条指令组成的一个程序，通过每一条指令的取指阶段和执行阶段的分解动作，了解指令的指令周期和CPU执行程序的过程。;MOV指令的指令周期 MOV是一条典型的RR指令，属于非访存指令，它需要两个机器周期，其中取指令阶段需要一个机器周期，执行指令阶段需要一个机器周期。;MOV指令取值周期;MOV指令执行周期;LAD指令的指令周期 LAD是一条RS型访存指令，它需要三个机器周期，其中取指令阶段需要一个机器周期，过程与MOV指令完全相同，执行指令阶段需要两个机器周期。;LAD指令取值周期;LAD指令执行周期;ADD指令的指令周期 ADD是一条RR型非访存指令，它需要两个机器周期，其中取指令阶段需要一个机器周期，过程与MOV指令完全相同，执行指令阶段需要一个机器周期。;ADD指令执行周期;STO指令的指令周期 ST0是一条RS型访存指令，它需要三个机器周期，其中取指令阶段需要一个机器周期，整个过程与MOV指令完全相同，执行指令阶段需要两个机器周期。;STO指令执行周期;JMP指令的指令周期 JMP是一条程序控制指令，需要两个机器周期，其中取指令阶段需要一个机器周期，执行指令阶段需要一个机器周期。;JMP指令执行周期;用方框图语言表示指令周期 －方框代表一个CPU周期，方框中的内容表示数据通路的操作或某种控制操作。 －菱形表示某种判别或测试，不过时间上它依附于紧接它的前面一个方框的CPU周期，而不单独占用一个CPU周期。 －～符号是公操作符号，表示一条指令已经执行完毕而转入公操作(CPU每执行完一条指令，都要测试外部设备有无中断请求，DMA控制器有无DMA请求，这些操作称为公操作)。如果没有公操作，CPU转入下一条指令的执行。 －DBUS表示数据总线 －IBUS表示指令总线 －ABUS(D)表示数据地址总线 －ABUS(I)表示指令地址总线 －RD(I)表示读指存, RD(D)表示读数存, －WE(D)表示写数存;;例：某计算机有如下部件：ALU，主存M，数据寄存器DR，地址寄存器AR，程序计数器PC，指令寄存器IR，通用寄存器R0—R3 ，暂存器C和D。 1）请将各逻辑部件组成一个计算机的数据通路，并标明数据流向。 2）画出“ADD R1，(R2)”指令的指令周期流程图，指令功能是将R1中的数据和R2所指内存单元的数据相加结果送R1(假设该指令地址已在PC中)