第六章 中央控制器(6-1,2,3)..pptVIP

计算机组成与结构 本课程主要讲授计算机系统的硬件和软件构成方法，包括硬件系统中运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备和总线系统的构成原理等；并与当代先进的计算机技术相结合。是计算机科学与技术本科专业核心课程。 本课程着重计算机系统组成与结构方面的教学和研究。 计算机结构定义为系统程序员所能见到的计算机硬件特性； 计算机组成是指计算机硬件的具体实现。 第六章 中央控制器 计算机的硬件系统 控制器的组成 微程序控制的计算机 微程序设计技术 硬布线控制的计算机 控制器的控制方式 流水线工作原理 CPU举例 计算机的加电及控制过程 第六章 中央控制器 本章主要研究计算机控制器的组成原理。 要求掌握在计算机运行过程中各硬件部件的作用，了解CPU中各部件的操作过程及其实现方法；重点掌握控制器如何实现各指令的功能，如何保证逐条指令的连续执行过程。 6.1 计算机硬件系统 大多数计算机的CPU都由下述两种方法实现： （1）采用半导体公司生产的微处理器构成通用的或专用的计算机系统； 如：Intel 80386/80486; Pentium; Motorola M68020/68030等32位的CPU。 （2）自行设计制造芯片构成大、中、小型计算机的CPU； 如：IBM PowerPC；DEC专用芯片等。 6.1 计算机硬件系统 1、Intel 32位微机系统 图6.1是由Intel 80386微处理器等器件组成的微机系统，Intel 80386是32位微处理器。 6.1 计算机硬件系统 6.1 计算机硬件系统 各个部件的主要功能如下： (1)80386微处理器。它是系统中主要的处理、控制部件，从存储器中取出的指令主要在，80386中处理。 (2)80384时钟发生器。机器加电时，首先由它产生整机复位信号(reset)，使计算机各个部件处于初始状态(reset作用时封锁计算机一切其他动作)，这样可防止加电时，由于寄存器处于“不定”状态而引起计算机的不可预估的操作。80386加电后执行的第一条指令地址为OFFFFFFFOH(最前面的0表示在其后的F代表数字15而非字母，H表示十六进制)，在此位置存放一条转移指令，转到引导程序入口。CLK是CLK2的二分频时钟信号。 (3)80387协处理器。它扩充了80386指令系统，主要完成浮点运算和高精度整数运算。80386自动将取得的协处理器指令传送给80387。80387的数据线为32位。 80386与协处理器并行工作。例如，当80386将浮点指令传送给协处理器后，不待该指令执行完毕，80386继续执行下一条指令。 6.1 计算机硬件系统 (4)总线控制逻辑。80386通过总线与存储器、I/O设备交换信息，相互连接情况在 80386结构中讲述。 (5)存储器与输入输出系统。存放数据、指令以及完成输入输出操作的系统。 (6)DMA控制器及中断控制器。在CPU与I/O设备之间，传送信息时，由于CPU的速度比I/O设备快得多，为了不浪费宝贵的CPU时间，因此CPU采取分时并行工作酌办法。 (7)“准备好”(ready)逻辑。当80386与存储器交换数据(读或写)时，由于双方速度不一致(存储器较慢)，有时80386需要等待。ready信号是由存储器发向80386的，表示在此之前由80386发向存储器的读／写命令已完成，此时80386不必等待(若已处于等待状态则结束等待)，可继续执行下面的操作。 6.1 计算机硬件系统 2、 80386结构及外部连线 Intel 80386包括指令部件、执行部件和存储管理部件等。指令部件完成取指及指令译码功能，并产生控制信号；执行部件包括ALU、乘法部件、寄存器组等；存储管理部件用来确定存储器地址。 80386微处理器芯片通过引出端与计算机的其他部件连接，引出端信号按功能划分如图6.2所示。图上的箭头表示信号传送的方向。 6.1 计算机硬件系统 6.1 计算机硬件系统 各个信号的功能如下： (1) D0～D31：32位数据总线，是传送数据的双向总线。 (2) A2～A31，BE0#～BE3#：A2～A31,是32位地址线，其中A0，A1在80386内部转换成“字节使能”信号BE0#～BE3#，分别是字节0～字节3的选择信号，符号#表示低电位有效。 (3) CLK2：输入到80386的时钟。 (4) reset：总清或复位信号。 (5) W/R#、D/C#、M/IO#、LOCK#：是总线周期定义信号。 (7) HOLD和HLDA：为总线仲裁信号。 (8) INTR和NMI：为中断请求信号和不可屏蔽中断请求信号。 (9