计算机组成原理课件第五篇 章 CPU的结构和功能.ppt

第五章 中央处理器;主要内容;§ 5-1 CPU的功能和组成;§ 5-1 CPU的功能和组成;§ 5-1 CPU的功能和组成;§ 5-1 CPU的功能和组成;;§ 5-1 CPU的功能和组成;§ 5-1 CPU的功能和组成;§ 5-1 CPU的功能和组成;§ 5-1 CPU的功能和组成;§ 5-1 CPU的功能和组成;;;§6-2 指令周期;§6-2 指令周期;§6-2 指令周期;;§6-2 指令周期;§6-2 指令周期;§6-2 指令周期;§6-2 指令周期;§6-2 指令周期;中断周期;八进制地址;八进制地址;§6-2 指令周期;§6-2 指令周期;§6-2 指令周期;§6-2 指令周期;;§ 5-1 CPU的功能和组成;指令周期;指令周期;指令周期;指令周期;;指令周期;指令周期;;指令周期;;指令周期;用方框图语言表示指令周期 在进行计算机设计时，可以采用方框图语言来表示一条指令的指令周期。 一个方框代表一个CPU周期，方框中的内容表示数据通路的操作或某种控制。 一个菱形符号代表某种判别或测试，不过时间它依附于它前面一个方框的CPU周期，而不单独占用一个CPU周期。 符号“~”代表一个公操作 。;指令周期;小结： 各类信息的传送路径 指令：M-----DR-----DBUS-----IR 地址：PC----ABUS----AR-----（取决于寻址方式） 数据： 寄存器----寄存器 总线直接传送 寄存器----存储器 Ri----DBUS----DR-----M 存储器----寄存器 M----DR-----BUS-----Ri;例：如图所示为双总线结构机器的数据通路，控制信号G控制的是一个门电路。 “ADD R2，R0” 指令完成（R0）+（R2）→R0功能操作。假设该指令的地址已放入 PC中。 “SUB R1，R3”指令完成（R3）-（R1）→R3的功能操作 。;指令周期;指令周期;时序信号的作用和体制 计算机的协调动作需要时间标志，而时间标志则是用时序信号来体现的。 操作控制器发出的各种控制信号都是时间因素（时序信号）和空间因素（部件位置）的函数。 组成计算机硬件的器件特性决定了时序信号最基本的体制是电位---脉冲制。;常用的操作控制器有两种： 硬布线控制器 微程序控制器 ;硬布线控制器中 时序信号采用主状态周期——节拍电位——节拍脉冲 三级体制 微程序控制中 时序信号采用节拍电位——节拍脉冲二级体制。;主状态周期（指令周期）：包含若干个节拍周期，可以用一个触发器的状态持续时间来表示?? 节拍电位（机器周期）：包含若干个节拍脉冲，表示较大的时间单位。 节拍脉冲（时钟周期）：表示较小的时间单位。;时序信号产生器的组成 时钟源 环形脉冲发生器 节拍脉冲和读/写时序的译码 启停控制逻辑;时序产生器和控制方式;控制方式 同步控制方式：在任何情况下，已定的指令在执行时所需的机器周期数和时钟周期数都是固定不变的。 采用完全统一的机器周期执行各种不同的指令。这意味这所有指令周期具有相同的节拍电位和相同的节拍脉冲数。 采用不定长的机器周期。 中央控制和局部控制相结合。 中央控制：就是将大部分指令安排在固定的机器周期完成。 局部控制：对少数复杂的指令采用另外的时序进行定时。 ;时序产生器和控制方式;异步控制方式： 每条指令、每个操作控制信号 需要多少时间就占用多少时间。这意味着每条指令的指令周期可由多少不等的机器周期数组成。;异步控制方式;联合控制方式： 将同步控制方式和异步控制方式相结合的方式。;小结;基本概念 组成 工作过程 微程序举例 微程序设计技术 微程序控制器的设计方法 ;基本概念 微命令 微操作 微指令 微程序 控制存储器 微地址;微程序控制器的基本思想： 将微操作控制信号按一定规则进行信息编码（代码化）形成控制字（微指令），一条机器指令对应一段“程序”，该程序存放在控制存储器中，因为“程序”的指令结果是实现一条机器指令的功能，所以称为“指令的微程序”;微命令：控制部件通过控制线向执行部件发出各种控制命令，通常把这种控制命令称为微命令。 微操作：执行部件接受微命令后所进行的操作 ，称为微操作 。 ;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 ，构成一条微指令 。 微程序：微指令序列为微程序。 ;微程序控制器——基本概念;控制存储器：用来存放微程序的一高速存储器。;微地址：人们常把全部指令的控制字存放在一个高速存储器中，即控制存储器中（简称控存），控存的一个单元的内容即控制字代表了某一个节拍的一组微操作控制信号的信息，而把控存单元的地址称为“微地址”。;控制存储器：用来存放实现全部