组成原理演示文稿 第五章 cpu part136582

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1、计算机组成原理PrincipleofComputerOrganization第五章中央处理机CPU第一部分北京邮电大学戴志涛计算机学院计算机学院2013.5.61本章内容CPU的组成和功能指令周期时序发生器和时序控制方式微程序控制器与微程序设计技术硬布线控制器CPU实例流水技术与流水CPU多核处理机的概念计算机学院2013.5.62第五章中央处理机CPU的组成和功能计算机学院3CPU的功能指令控制：控制程序的执行顺序取出现行指令，并决定下条要执行的指令的地址在CPU内设置：程序计数器PC（ProgramCounter），

2、又名指令计数器、指令地址计数器或指令指针（内存）地址寄存器MAR/AR（AddressRegister）（内存）数据寄存器MDR/DR（DataRegister），缓冲寄存器计算机学院2013.5.64CPU的结构计算机学院2013.5.65CPU的结构ccc指令执行控制时钟操作控制器ALU状态时序发生器反馈c寄存器组存储器指令译码器ID状态条件寄存器c缓冲寄存器DR指令寄存器IRc输入/输出数据总线DB程序计数器PCcCPU地址寄存器ARc地址总线AB计算机学院2013.5.66CPU中的主要寄存器程序计数器（PC）用于确定下一条指令的地

3、址在程序开始执行前，将程序的第一条指令所在的内存单元地址送入PC执行顺序指令时，CPU将自动修改PC的内容，使其保持将要执行的下一条指令的地址执行转移指令时，将程序的后继指令的地址（必须从指令的地址字段取得）送入PC计算机学院2013.5.67CPU中的主要寄存器地址寄存器（AR）保存当前CPU所访问的内存单元或I/O接口的地址由于在内存和CPU之间存在着操作速度上的差别，所以必须使用地址寄存器来保持地址信息，直到内存的读/写操作完成为止外围设备的地址看作内存单元地址计算机学院2013.5.68CPU中的主要寄存器数据缓冲寄存器（D

4、R）功能输入缓冲：暂存由内存或I/O设备读出的指令或数据输出缓冲：暂存向内存存入的数据作用CPU和内存、外部设备之间信息传送的中转站补偿CPU和内存、外围设备之间操作速度的差别作为内存操作数的缓冲参加CPU的运算计算机学院2013.5.69CPU的结构数据通路：CPU内ccc指令执行控制各个寄存器以及系时钟统总线之间的信息操作控制器ALU状态传送通路时序发生器反馈c寄存器组存储器指令译码器ID状态条件寄存器c缓冲寄存器DR指令寄存器IRc输入/输出数据总线DB程序计数器PCcCPU地址寄存器ARc地址总线AB计算机学院2013.5.6

5、10CPU的功能操作控制：指令取出后，CPU依其操作码字段和形式地址字段解释指令，指出是何操作、如何得到操作数地址CPU产生每条指令的操作信号，把各种操作信号送往相应的部件，从而控制这些部件按指令的要求进行动作在CPU内设置：指令寄存器IR（InstructionRegister）指令译码器ID（InstructionDecoder）操作控制器计算机学院2013.5.611CPU中的主要寄存器指令寄存器（IR）保存当前正在执行的一条指令指令执行时，指令首先被从内存取到缓冲寄存器中，然后再传送至指令寄存器指令寄存器中操作码字段就

6、是指令译码器的输入计算机学院2013.5.612CPU的结构数据通路：CPU内ccc指令执行控制各个寄存器以及系时钟统总线之间的信息操作控制器ALU状态传送通路时序发生器反馈c寄存器组存储器指令译码器ID状态条件寄存器c缓冲寄存器DR指令寄存器IRc输入/输出数据总线DB程序计数器PCcCPU地址寄存器ARc地址总线AB计算机学院2013.5.613CPU的结构数据通路：CPU内各个寄存器以及系统总线之间的信息传送通路计算机学院2013.5.614CPU的功能时序控制：给出整个系统的定时信号在CPU内设置：时序发生器计算机学院2013.5.

7、615CPU的结构计算机学院2013.5.616CPU的功能数据加工：通过算术或逻辑运算将原始信息转换成所需的结果在CPU内设置ALU（算术逻辑运算单元）【浮点运算器】通用寄存器组状态条件寄存器（程序状态字寄存器PSWR：ProgramStatusWordRegister）计算机学院2013.5.617CPU中的主要寄存器通用数据寄存器早期：单累加器结构累加器：与ALU有直接通路的通用寄存器功能：执行算术或逻辑运算时，为ALU提供一个工作区当前：通用寄存器堆结构CPU中有十几个甚至几十、上百个通用寄存器具有累加器的功能其

8、中任何一个寄存器均可存放源操作数和结果操作数计算机学院2013.5.618CPU中的主要寄存器程序状态字寄存器/状态条件