中央处理器 2009年9月.pptVIP

Chapter 第5章 中央处理器 5.1 CPU功能和组成 指令控制 5.1 CPU功能和组成 基本部分由运算器、cache和控制器三大部分组成。 5.1 CPU功能和组成 5.1 CPU功能和组成 六个必不可少的寄存器 5.1 CPU功能和组成 暂存结果、接收存储器或处部接口的数据字。 5.1 CPU功能和组成 确定下一条指令的地址。 5.1 CPU功能和组成 又称累加寄存器（AC） 5.2 指令周期 计算机工作是因CPU从内存中不断取指、执行至遇到停机指令。 5.2 指令周期 5.2 指令周期 5.2 指令周期 5.2 指令周期 5.2 指令周期 5.2 指令周期 5.2 指令周期 5.2 指令周期 方框——按CPU周期 5.2 指令周期 5.2 指令周期 “ADD R2,R0”指令完成(R0)+(R2)?R0,画出指令周期流程图，假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。 5.2 指令周期 一条指令包括一个取指周期和一个及以上的执行周期组成 5.3 时序产生器和控制方式 5.3 时序产生器和控制方式 5.3 时序产生器和控制方式 5.3 时序产生器和控制方式 5.3 时序产生器和控制方式 5.3 时序产生器和控制方式 5.3 时序产生器和控制方式 5.3 时序产生器和控制方式 5.3 时序产生器和控制方式 5.3 时序产生器和控制方式 5.3 时序产生器和控制方式 5.3 时序产生器和控制方式 5.4 微程序控制器 5.4 微程序控制器 微命令 (控制序列的最小单位) 控制部件通过控制线向执行部件发出的各种控制命令。 例如：打开或关闭某个控制门的电位信号、某个寄存器的打入脉冲等。 微操作 (与微命令一一对应） 执行部件接受微命令后所进行的操作。 分为相容性和相斥性两种。 5.4 微程序控制器 相容性的微操作 能够同时或在同一个节拍内并行执行的微操作。必须各占一位。 相斥性的微操作 不能同时或不能在同一个节拍内并行执行的微操作。 5.4 微程序控制器 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。 微程序 实现一条机器指令功能的许多条微指令组成的序列。 即一系列微指令的有序集合就是微程序。 一段微程序对应一条机器指令。 微地址?：存放微指令的控制存储器的单元地址 5.4 微程序控制器 5.4 微程序控制器 示例： “十进制加法”指令(微程序控制的过程) 第一条微指令的二进制编码是 000 000 000 000 11111 10 0000 第二条微指令的二进制编码是 010 100 100 100 00000 00 1001 第三条微指令的二进制编码是 010 001 001 100 00000 01 0000 第四条微指令的二进制编码是 010 001 001 001 00000 00 0000 5.4 微程序控制器 5.4 微程序控制器 微程序控制器：由控制存储器、微指令寄存器和地址转移逻辑三部分组成。 5.4 微程序控制器 微程序控制器：由控制存储器、微指令寄存器和地址转移逻辑三部分组成。 控制存储器(μCM) 这是微程序控制器的核心部件，用来存放微程序。其性能(包括容量、速度、可靠性等)与计算机的性能密切相关。 微指令寄存器(μIR) 用来存放从μCM取出的正在执行的微指令，它的位数同微指令字长相等。 5.4 微程序控制器 微地址形成部件 用来产生初始微地址和后继微地址，以保证微指令的连续执行。 微地址寄存器(μMAR) 它接受微地址形成部件送来的微地址，为下一步从μCM中读取微指令作准备。 5.4 微程序控制器 CPU周期和微指令周期的关系 微指令周期 = 读出微指令时间 + 执行该条微指令时间 5.4 微程序控制器 一个CPU周期为0.8μs，它包含四个等间隔的节拍脉冲T1~T4，每个脉冲宽度为200ns。 在前600ns时间内运算器进行运算，在600ns时间的末尾运算器已经运算完毕，可用T4上升沿将运算结果打入某个寄存器。与此同时可用T4间隔读取下条微指令，经200ns时间延迟，下条微指令又从只读存储器读出,并用T1上升沿打入到微指令寄存器。 如忽略触发器的翻转延迟，那么下条微指令的微命令信号就从T1上升沿起就开始有效。因此一条微指令的保持时间恰好是0.8μs，也就是一个CPU周期的时间。 5.4 微程序控制器 总结： 一条机器指令对应一个微程序，这个微程序是由若干条微指令序列组成的。因此，一条机器指令的功能是由若干条微指令组成的序列来实现的。简言之，