西电计算机组成原理24.pptVIP

* 微操作 二、微操作流程 （12）CALL (X) 子程序调用指令。将程序执行地址从当前调用指令所在位置转移到以存储器地址X间接寻址的存储单元处，并保存返回地址。 执行周期的微操作序列： T1：SP←SP﹣n ;将SP指向新栈顶，n为PC的字节数 DR←PC T2：AR←SP T3：Memory [AR]←DR，Mwrite ;将PC中的返回地址保存在堆栈新栈顶处 T4：AR←IR(地址字段) ;将指令中的存储器地址X传送到AR，IR(地址字段)=X T5：DR←Memory[AR]，Mread T6：PC←DR ;从存储单元X中读出的子程序首地址传送到PC 4. 执行周期 图6.2 * 微操作 二、微操作流程 （13）RET 子程序返回指令，实现从堆栈栈顶处获得子程序调用时保存的返回主程序的地址。 与该指令相应的执行周期的微操作序列为： T1: AR←SP T2: DR←Memory[AR]，Mread T3: PC←DR ;堆栈栈顶处的返回地址送入PC SP←SP+ n ;将SP指向新栈顶，n为PC的字节数 4. 执行周期 图6.2 * This is ok. * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 计算机组织与体系结构 中央处理器(CPU) * 主要内容 CPU结构和微操作 硬布线控制器设计 微程序控制器设计 微程序控制器与硬布线控制器的比较 CPU性能的测量与提高 CPU中的新技术 典型的CPU CPU（Central Processing Unit）主要负责获取程序中的每条指令、译码所获取的指令、针对指令指定的数据完成指定顺序的操作。 主要介绍CPU的结构及控制器的设计方法。 计算机组织与体系结构 中央处理器(CPU) CPU结构和微操作 * CPU的功能与结构 CPU的功能：执行存储在主存中的指令序列，即执行程序。 程序执行步骤： CPU将指令和所需数据（操作数）从主存传递到CPU内部寄存器； 除指令顺序被分支指令改变之外，CPU主要依据指令在主存中的存储顺序执行指令； 在需要时，CPU将结果从其内部寄存器传递到主存。 主存?CPU内部寄存器组：指令流、数据流 * CPU的功能与结构 处理器与主存之间的通信 （a）不具有cache （b）具有cache (a) CPU 主存 指令 数据 Cache CPU 主存 (b) 指令 数据 指令 数据 * CPU的功能与结构 CPU的功能需求： 操作（操作码） 寻址方式 寄存器 I/O模块接口 存储器模块接口 中断处理机构 CPU的组成： 数据通路DP（datapath）存储单元/寄存器组?ALU 控制单元CU（control unit，即控制器）：负责进行顺序操作，并确保适当的数据在适当的时刻出现在需要它的地方。 CPU的任务：取指令、译码指令、完成指定顺序的操作。 * CPU的功能与结构 简化的单总线结构的CPU 内部控制信号 图6.2 单总线数据通路CPU内部结构图 寄存器组 R0 Rn-1 SP DR AR PC IR CPU内部总线 ALU PSW 移位寄存器 求补器 算术、布尔 逻辑 暂存器Y 暂存器Z AB CB DB 控制器 CU * 指令周期 在处理一条指令的过程中，由CPU完成的操作序列构成一个指令周期（instruction cycle）。 取指令子周期（fetch cycle） 执行指令子周期（execute cycle） 中断子周期（interrupt cycle） 取指子周期 取数子周期 执行子周期 中断子周期 指令周期及CPU操作 取下条 指令 中断 允许 执行 指令 检查中断 处理中断 中断 禁止 开始 取操作数 指令 有操 作数 无操作数 结束 取数子周期 执行子周期 存数子周期 CPU周期或机器周期 * 微操作 一、微操作与微命令 指令周期、CPU周期、微操作 程序执行 指令周期 指令周期 指令周期 取指 中断 执行 μop μop μop μop μop μop μop 图6.4 程序执行示意图 * 微操作 一、微操作与微命令 微操作：处理器（CPU）的基本或原子操作。 CPU可以实现的、不可分解的操作动作 以含有一个寄存器传递（移进、移出）操作为标志 每一个微操作是通过控制器将控制信号发送到相关部件上引起部件动作而完成的 这些控制微操作完成的控制信号称为微命令 微命令是由控制器产生的 AR←PC；PCout，ARin 图6.2 微操作 微命令 * 微操作 二、微操作流程 CPU执行指令需要三种时序信号： 指令周期：执行一条