计算机组成原理新5.2精选.ppt

2012 计算机系 5.2 指令周期 1 指令周期的基本概念 2 典型指令的指令周期 （难点、重点） 3 用方框图语言表示指令周期 1 指令周期的基本概念 相关术语： （1）CPU周期：指令周期常常用若干个CPU周期（也称为机器周期）来表示，通常用内存中读取一个指令字的最短时间来规定CPU周期。 （2）时钟周期：又称为节拍脉冲或T周期，它是处理操作的最基本单位。一个机器周期中，包含若干个时钟周期。 说明： 不同的指令，可能包含不同数目的机器周期。 对CPU周期的规定，不同的计算机中可能规定不同。 5.2.1 指令周期的基本概念 时钟周期 在一个机器周期内，要完成若干个微操作。这些微操作有的可以同时执行，有的需要按先后次序串行执行。因而需要把一个机器周期分为若干个相等的时间段，每一个时间段称为一个节拍。节拍常用具有一定宽度的电位信号表示，称之为节拍电位。 节拍的宽度取决于CPU完成一次基本的微操作的时间，如：ALU完成一次正确的运算，寄存器间的一次数据传送等。 2 典型指令的指令周期 （1）MOV指令 MOV R0,R1 ; (R1)→R0 （2）LAD指令 LAD R1,6 ; 6号单元中的数据→R1 （3）ADD指令 ADD R1,R2 ;(R1)+(R2) →R2 （4）STO指令 STO R2,（R3） ；（R2） →(R3)地址单元中 （5）JMP指令 JMP 101 ；跳转到101地址 （6）AND指令 AND R1,R3 ; (R1)^(R3) →R3 （1）MOV指令的指令周期 取指周期 执行周期 （2）LAD指令的指令周期 取指周期 执行周期 （2）LAD指令的指令周期-执行 （3）ADD指令的指令周期 （4）STO指令的指令周期 （5）JMP指令的指令周期 思考：“AND R1,R3 ” 的指令周期和前面哪一条指令比较类似？其执行过程是怎样的？ 3 用方框图语言表示指令周期 引入目的主要是为了控制器设计的方便。 方框图语言中使用的符号： 方框 ——表示CPU周期，方框内的内容表示数据通路的操作或某种控制操作。 菱形符号 ——表示某种判别或测试，时间上依附与紧接它前面的一个方框的CPU周期，而不独占一个CPU周期。 公操作 ~ ——一条指令已经执行完毕，转入的操作。或者处理外设请求，或者取下一条指令。 5条典型指令的指令周期用方框图表示 例1：图5.15所示为双总线结构机器的数据通路，IR为指令寄存器，PC为程序计数器（具有自增功能），M为主存（受R/W信号控制），它既存放指令又存放数据，AR为地址寄存器，DR为数据缓冲寄存器，ALU由加、减控制信号决定完成何种操作，控制信号G控制的是一个门电路，它相当于两条总线之间的桥。另外，线上标注有小圈表示有控制信号，例中yi表示y寄存器的输入控制信号，R1o为寄存器R1的输出控制信号，未标字符的线为直通线，不受控制。 试求： （1）“ADD R2,R0”指令完成（R0）+（R2）→R0的功能操作，画出其指令周期流程图，假设该指令的地址已放入PC中。并列出相应的微操作控制信号序列。 （2）“SUB R1,R3”指令完成（R3）-（R1）→R3的功能操作，画出其指令周期流程图，并列出相应的微操作控制信号序列。 解： 总结： 1 指令周期的基本概念 2 典型指令的指令周期（重点） 3 用方框图语言表示指令周期 作业：课本181页第2题、第3题。 （参见图5.15的数据通路） * 指令周期：CPU取出一条指令并执行该条指令总共所需的时间。 例1：计算机主频的周期是指________ 指令周期 B. 时钟周期 C. CPU周期 D. 存取周期 答案：B （1.1） MOV指令的指令周期-取指 例2：在CPU中，跟踪后继指令地址的寄存器是： 指令寄存器 B.程序计数器 C. 地址寄存器 D.状态条件寄存器 答案：B （1.2） MOV指令的指令周期-执行 （3）ADD指令的指令周期-执行 （4）STO指令的指令周期-执行 （5）JMP指令的指令周期-执行 例3：程序顺序执行时PC的值自动加1，遇到转移和调用指令时，后继指令的地址（即PC的内容）是从指令寄存器中的_____取得的。 答案：地址字段 取指 执行 图5.15 双总线结构机器的数据通路图 微操作信号 微操作信号 注意微操作控制信号（右边） 注意微操作控制信号（右边） 解： * * * ① 程序计数器PC中装入第一条指令地址101（八进制