ASIC设计理论与实践-第3章.pptVIP

操作数寻址 第3章 中央处理器 * 间接寻址方式 间接寻址方式是指指令地址码字段所指向的存储单元中存储的不是操作数本身，而是操作数的地址。 操作数寻址 第3章 中央处理器 * 寄存器寻址方式 寄存器寻址方式是指指令的地址码是寄存器的编号，不是操作数或者操作数地址。寄存器寻址方式又分为直接寻址和间接寻址。 寄存器直接寻址 寄存器间接寻址 操作数寻址 第3章 中央处理器 * 基址寻址方式 专门设置一个基址寄存器或者指定一个通用寄存器作为基址寄存器。基址寻址方式是将基址寄存器的内容加上指令中的形式地址而形成有效地址。 操作数寻址 第3章 中央处理器 * 变址寻址方式 变址寻址方式计算有效地址的方法与基址寻址类似，但是变址寻址方式是将指令中的形式地址作为基准地址，变址寄存器的内容作为修改量，来得到有效地址 相对寻址方式 相对寻址方式是相对于当前的指令地址而言的寻址方式。相对寻址是把程序计数器PC的内容加上指令中的形式地址而形成操作数的有效地址，而程序计数器的内容即时当前指令的地址。 指令周期 第3章 中央处理器 * 指令周期：CPU取出一条指令并执行该指令所需要的时间称为指令周期。指令周期的长短与指令的复杂度有关。 CPU周期：指令周期常常用若干个CPU周期数来表示。由于CPU内部的操作速度较快，而CPU访问一次主存所花的时间较长，因此通常用从主存读取一条指令的最短时间来规定CPU周期，CPU周期也称为机器周期。 时钟周期：一个CPU周期包含有若干个时钟周期。时钟是处理操作的最基本的单位。一个CPU周期的时间宽度由若干个时钟周期的总和决定。 ASIC设计理论与实践 第3章 中央处理器 本章主要内容安排 CPU概述 CPU指令系统 指令基本格式 指令分类 寻址方式 指令周期 第1章 ASIC概述 * 本章主要内容安排 CPU的功能实现 存储器 程序计数器 指令寄存器 地址多路选择器 算术逻辑单元 累加器 状态控制器 CPU 第3章 中央处理器 * CPU概述 中央处理器（Central Processing Unit，CPU），计算机系统的核心部件，是由数量众多的晶体管组成的超大规模集成电路，控制着整个计算机的运行。CPU通过执行程序中指定的指令来完成实际的工作。 第3章 中央处理器 * CPU执行指令步骤 第3章 中央处理器 * 取指令：根据指令所处的存储器单元地址（由程序计数器提供），从存储器中取出所要执行的指令。 分析指令：对取出的指令进行译码分析。根据指令操作码的分析，产生相应操作的控制电位，去参与形成该指令功能所需要的全部控制命令；根据寻址方式的分析和指令功能要求，形成操作数的有效地址，并按此地址取出操作数据（算术逻辑指令），或者形成转移地址（转移类指令），以实现程序转移。 执行指令：根据指令功能，执行指令所规定的操作，并根据需要保存操作结果。 CPU指令系统 第3章 中央处理器 * 指令是规定计算机执行特定操作的命令。指令系统指的是一个CPU所能够处理的全部指令的集合，是一个CPU的根本属性，决定了一个CPU能够运行什么样的程序，执行什么样的指令。指令系统反映了计算机具有的基本功能，是计算机系统硬件、软件的主要分界面。 指令基本格式 第3章 中央处理器 * 指令一般由两部分组成：操作码字段和地址码字段。 操作码：指令系统的每一条指令都有一个操作码，是指明指令操作性质的命令码。不同的操作码代表不同的指令，并且每一个规定的操作码与每一条指令一一对应。 指令系统中的地址码用来描述该指令的操作对象。 操作码字段[7:5] 地址码字段[4:0] 指令分类 第3章 中央处理器 * HLT 指令 停止指令是空操作，使程序停止运行，CPU处于暂停状态，不执行任何操作，属于程序中断指令。HLT的操作码为000，即没有操作数。 000 地址码 指令分类 第3章 中央处理器 * SKZ 指令 SKZ指令是先判断ALU中的结果是否为0，如果是0则跳过下一条语句继续执行，如果是1则执行下一条语句。SKZ属于转移指令中的条件转移指令，只有满足ALU当前结果为0的条件才能转移，SKZ操作码为001。 001 地址码 指令分类 第3章 中央处理器 * ADD 指令 ADD指令是将累加器中的值与地址所指的存储器或者端口的数据相加，结果送回累加器中。ADD指令属于算术逻辑指令中的算术指令，其操作数为010。 010 地址码 指令分类 第3章 中央处理器 * AND指令 AND指令是将累加器的值与地址所指的存储器或端口的数据相与，结果送回累加器中。AND指令属于算术逻辑运算指令中的逻辑运算指令，逻辑运算指令进行的是二进制数据的按位运算，AND指令是当两个操作数的对应的位都为1时，最后该位的操作结果才为1。