第5节中央处理器.ppt

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。 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。 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 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 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 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 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 PC+1 →PC（102） OP数据经过译码器识别为MOV指令。 MOV指令的指令周期 执行指令周期操作步骤： OC →R1 OC送传送信号到ALU R1 →ALU通路→DBUS DBUS →DR DR →R0 CPU周期数：2个，取指和执行指令各占一个。 LAD指令的指令执行周期 ADD指令的指令执行周期 STO指令指令的指令执行周期 JMP指令指令的指令执行周期 小结：用方框图语言表示机器指令周期，一个方框代表一个CPU周期。 例1 （1） ADD R2，R0 （2）SUB R1，R3 解 (R2)+(R0)→(R0) 例1 解 (R1)-(R3)→(R3) 控制方式： 即控制不同操作序列时序信号的方法。 同步控制方式：指令在执行时所需的机器周期数(CPU周期）和时钟周期数（节拍脉冲）都固定不变。 采用完全统一的机器周期执行各种不同的指令。 采用不定长机器周期。 中央控制与局部控制结合。　 异步控制方式：指每个操作控制信号根据需要确定完成时间。 指令周期可由多少不等的机器周期数组成。 根据“应答”方式操作。 联合控制方式 ：同步控制和异步控制相结合的方式。 大部分操作序列安排在固定的机器周 期中，部分采用“回答”信号方式； 机器周期的节拍脉冲数固定，但是各条指令周期的机器周期数不固定。 四 微程序控制器 （一） 微程序控制原理 核心思想：将控制信号编成微指令，这样每条机器指令的所有操作可以编成一段由微指令组成的微程序；将所有机器指令的微程序存到一个只读存储器里（CM），CPU执行一条指令时，只需将CM中相应的一段微程序读出来，就可产生各种微操作信号，以实现该指令的功能。 基本术语 微命令：控制部件通过控制线向执行部件发出的各种控制信号。 基本术语（续） 微指令： 在机器的一个CPU周期中，一组实现一定操作功能的微命令的组合。 微操作控制字段：产生控制信号。 顺序控制字段：产生下条微指令的地址。 微程序： 实现一条机器指令功能的许多条微指令组成的序列。 微程序控制器组成原理 控制存储器：用于存放实现全部指令系统的微程序。 微指令寄存器：用来存放当前执行的一条微指令。 地址转移逻辑： 用于形成下条微指令的微地址。 微程序控制器举例：十进制加法 处理器部件 指令功能：R1+R2