运算器与控制器

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1、运算器与控制器课件制作:钱光明主要内容:1①处理器基本结构及基本流程；②指令节拍与流程;③组合逻辑控制器;④微程序控制器;1.处理器基本结构及基本流程CPU：CentralProcessorUnit1.1处理器基本功能:1).正确取出;指令2).依据指令产生各种操作信号;3).控制操作信号的发生时间;4).数据加工----ALU:算术/逻辑运算等.1.2CPU的组成:1).控制器从内存取出一条指令,并指出下条指令的地址;对指令进行译码,产生相应的控制信号;指挥并控制CPU、内存和I/O设备之间的数据传送.2).运算器加工信息.包括:算术运算逻辑运算等3).CPU中的

2、主要寄存器:①.MDR----数据缓冲寄存器暂存指令或数据.②.MAR---存储器地址寄存器③.PC----程序计数器④.IR-----指令寄存器(InstructionRegister)保存当前指令.⑤.GR---通用寄存器.⑥.PSW—程序状态字)多⑦.其它1.3典型基本电路*加法器输入:移位器典型电路*:1.4CPU的基本操作及基本流程取指流程:(R1)→R2流程:考研真题*:(2010年)18、下列存储器中，汇编语言程序员可见的是A：存储器地址寄存器（MAR）B：程序计数器（PC）C：存储器数据寄存器（MDR）D：指令寄存器（IR）考研真题*:(2010年)

3、43.(11分)某计算机字长为16位，主存地址空间大小为128KB，按字编址，采用字长指令格式，指令名字段定义如下：注：（X）表示存储器地址X或寄存器X的内容，请回答下列问题：（1）该指令系统最多可有多少条指令？该计算机最多有多少个通用寄存器？存储器地址寄存器（MAR）和存储器数据寄存器（MDR）至少各需多少位？（2）转移指令的目标地址范围是多少？（3）若操作码0010B表示加法操作（助记符为add），寄存器R4和R5的编号分别为100B和101B，R4的内容为1234H，R5的内容为5678H，地址1234H中的内容为5678H，地址5678H中的内容为1234H

4、，则汇编语言为add（R4），（R5）+（逗号前为原操作数，逗号后为目的操作数）对应的机器码是什么（用十六进制表示）？该指令执行后，哪些寄存器和存储单元的内容会改变？改变后的内容是什么？总结4种基本流程：①从存储器读一个字A→MARREADM（A）→MDRMOC②向存储器写一个字A→MARDATA→MDRWRITEMOC③算术/逻辑运算DATA1→LA，DATA2→LBADDALU→BUSBUS→DD④通用寄存器间的数据传送CLEAR，（R1）→LAMOVALU→BUSBUS→R22.指令节拍与流程2.1基本概念时钟、节拍与周期举例：时钟周期：最小定时单位。一个或多

5、个时钟周期组成一个节拍。节拍：一个或多个节拍组成一个机器周期。取指周期：又称为公操作。功能：从内存取指令→IR；并修改指令地址。取操作数周期：它与指令的类型和寻址方式有关。执行周期：例如，完成相加并送往目的地。以上3类周期均属机器周期。指令周期：从取指令到全部执行完该条指令。一个或多个机器周期组成一个指令周期。定长机器周期每个机器周期中的时钟周期数相同。不定长机器周期每个机器周期中的时钟周期数不尽相同。指令周期包含的机器周期也可多可少。简单指令少，复杂指令多。2.2指令的执行过程举例:PDP-11指令：ADD（R0),R1;2.3指令的微操作序列举例:进一步细化.V

6、0~V3为时钟周期（节拍）考研真题*:(2009年)11、冯·诺依曼计算机中指令和数据均以二进制形式存放在存储器中，CPU区分它们的依据是A．指令操作码的译码结果B.指令和数据的寻址方式C.指令周期的不同阶段D.指令和数据所在的存储单元.3.组合逻辑控制器3.1基本原理硬布线把控制器看成产生专门固定时序控制信号的逻辑电路。设计目标：用最少的元件，取得最高的速度。理论基础：布尔代数。组成器件：门电路，触发器。特点：1）组成的网络复杂；2）无规则；3）设计和调试困难；4）不可改变指令系统和指令功能；5）适用于VLSI；6）速度高。设计依据：微操作=时钟因素（时钟·节拍·

7、周期）·指令码·基本条件操作码操作码译码微操作信号发生器时序状态，条件微操作信号部件设计：首先，列出每条机器指令的微操作序列，结合时序信号，排出操作时间表。其次，将相同微操作的地方和条件逐个列出。这里的地方和条件是指有关的指令码、时序信号及其它条件（结果特征与状态）。其三，将同一微操作的全部地方和条件进行“或”合并、化简，求得每个微操作的优化逻辑函数式。最后，根据每个逻辑的函数式得到用“与非”门实现的各自的逻辑电路，又称执行逻辑。再将每个微操作执行逻辑组合起来，就构成微操作产生部件。3.2设计举例完成“ALU→BUS”：FETCH·V1SOF·V1·（MD=1）