第6章 中央处理器.ppt

第六章 CPU 组成原理 第6章 中央处理部件CPU 内容 6.1 计算机的硬件系统 6.2 控制器的组成 6.3 微程序控制计算机的基本工作原理 6.4 微程序设计技术 6.5 硬布线控制的计算机 6.6 控制器的控制方式 6.7 流水线工作原理 6.8 CPU举例 6.9 计算机的加电及控制过程 6.1 计算机的硬件系统 Intel 80386cpu构成的微机系统 80386结构及外部连线 80386结构及外部连线 图6.2 Intel 80386引出端信号 6.2 控制器的组成 6.2 控制器的组成 6.2.1 控制器的功能 取指令 分析指令 执行指令 控制程序和数据的输入与结果输出 对异常情况和某些请求的处理 “中断请求”信号 DMA请求信号 6.2 控制器的组成 6.2.2 控制器的组成 程序计数器(PC) 指令寄存器(IR) 指令译码器或操作码译码器 脉冲源及启停线路 时序控制信号形成部件 6.2 控制器的组成 图6.3是控制器基本组成的框图 6.2 控制器的组成 6.2.3 指令执行过程 组成控制器的基本电路 具有记忆功能的触发器 没有记忆功能的门电路 指令执行过程举例 加法指令的执行 ①从存储器取指令，送入指令寄存器，并进行操作码译码(分析指令)。 ②计算数据地址，将计算得到的有效地址送地址寄存器AR。 ③到存储器取数。 ④进行加法运算，结果送寄存器，并根据运算结果置状态位N，Z，V，C。 指令执行过程举例 加法指令的执行过程 指令执行过程举例 加法指令的操作时序图 指令执行过程举例 条件转移指令的执行过程 本条指令完成以下操作： ①从存储器取指令，送入指令寄存器，并进行操作码译码。 ②如转移条件成立，根据指令规定的寻址方式计算有效地址，转移指令经常采用相对寻址方式，此时转移地址＝PC+disp。 6.3 微程序控制计算机的基本工作原理 6.3.1 微程序控制的基本概念 微操作：指能完成一条指令功能的按一定次序执行的基本操作，又称微命令。 微指令：在微程序控制的计算机中，将由同时发出的控制信号所执行的一组微操作称为微指令。 微程序：完成的指令功能的微指令序列的集合就叫做微程序。 控制存储器：存放微程序以及下一条执行的微指令地址(简称为下址)的存储器，被叫做控制存储器。一般可以用只读存储器实现。 6.3.1 微程序控制的基本概念 微操作：指能完成一条指令功能的按一定次序执行的基本操作，又称微命令。 微指令：在微程序控制的计算机中，将由同时发出的控制信号所执行的一组微操作称为微指令。 微程序：完成的指令功能的微指令序列的集合就叫做微程序。 控制存储器：存放微程序以及下一条执行的微指令地址(简称为下址)的存储器，被叫做控制存储器。一般可以用只读存储器实现。 6.3.2 实现微程序控制的基本原理 CPU逻辑框图 加法指令 四条微指令解释执行，一条微指令中的所有控制信号是同时发出的。 (1) 取指微指令 ① 指令地址送地址总线 PC→AB(1) ② 发访存控制命令： 从存储器取指令送数据总线 ADS(21) M／IO＝1(22) W／R＝0(23) ③ 指令送指令寄存器 DB→IR(5) ④ 程序计数器+1 PC+1(3) 加法指令 (2) 计算地址微指令 ① 取两个源操作数(计算地址用) rs1→GR(8) (rs1)→ALU(10) disp→ALU(4)。 ② 加法运算 “+”(13)。 ③ 有效地址送地址寄存器 ALU→AR(19) 加法指令 (3) 取数微指令 ① 数据地址送地址总线 AR→AB(20)。 ② 发访存控制命令：由存储器将数据送数据总线DB。 ADS(21) M／IO(22) W/R(23) ③ 数据送数据寄存器 DB→DR(6) 加法指令 (4) 加法运算和送结果微指令 ① 两源操作数送ALU rs→GR(9) (rs)→ALU(11) DR→ALU(12) ② 加法运算 “+”(13) ③ 送结果 ALU→GR(17) 加法指令 图6.9 加法指令的微指令编码 加法指令 图6.10 微程序流程图举例 微程序控制器 图6.11 微程序控制器简框图 时序信号及工作脉冲的形成 时序信号及工作脉冲的形成 寄存器打入脉冲的形成。 取指周期 DB→IR的打入脉冲CP-IR PC+1的打入脉冲 CP-PC 有些信号，例如ADS′,仅在Ｔ１时间起作用 电路配合中的常见问题 电路延迟引起的波形畸变 机器周期的确定 时钟脉冲CLK和工作脉冲CP的标准性 微程序控制计算机的工作过程简单的总结 图6.20 启停信号与机器节拍电位和脉冲 例题 某计算机的数据通路如下图所示，其中M—主存， MBR—主存