《高等教育d》ppt课件

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1、计算机组成原理第五章中央处理器长春理工大学计算机科学技术学院课程教学要求本章内容：5.1CPU的组成和功能5.6硬布线控制器5.2指令周期5.7传统的CPU5.3时序产生器和控制方式5.8流水CPU5.4微程序控制器5.9RISCCPU5.5微程序设计技术5.10多媒体CPU本章小结5.1CPU的组成和功能5.1.1CPU的功能5.1.2CPU的基本组成5.1.3CPU中的主要寄存器5.1.4操作控制器与时序产生器中央处理器5.1.1CPU的功能当代主流计算机所遵循的仍然是冯.诺依曼的“存储程序”思想，即：当用计算机解决某个问题时，首先必须为它编写程序。由第四章的

2、讨论已知，程序实质上是一个指令序列，这个序列将明确地告诉计算机：应该逐步地执行什么操作；在什么地方找到用来操作的数据，结果存到何处等。一旦把程序装入内存储器，就可以由计算机来自动完成取出指令和执行指令的任务。专门用来完成此项工作的计算机部件称为中央处理器，通常简称：CPU。显然，CPU对整个计算机系统的运行是极其重要的。中央处理器CPU具有如下四方面的基本功能：★指令控制程序的顺序控制称为指令控制。用于控制指令严格地按程序规定的顺序，逐条取出并加以执行。★操作控制一条指令的功能往往是由若干个操作信号的组合来实现的，因此，CPU负责管理并产生每条指令所对应的操作信

3、号，并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。中央处理器★时间控制对各种操作的实施时间进行定时，称为时间控制。在计算机中，各种指令的操作信号以及一条指令的整个执行过程都严格的时间要求，需要CPU设定规定的时序关系。★数据加工数据加工就是对数据进行算术运算和逻辑运算处理，这是CPU的核心功能之一。中央处理器5.1.2CPU的基本组成CPU的基本部分由运算器、cache和控制器三大部分组成。CPU模型参看ＣＡＩ演示中央处理器运算器:由算术逻辑运算单元(ALU)、累加寄存器、数据缓冲寄存器和状态条件寄存器组成，它是数据加工处理部件。相对控

4、制器而言，运算器是一种执行部件，它是接受控制器的命令而进行动作，即：运算器所进行的全部操作都是由控制器发出的控制信号来指挥的。运算器的主要功能：(1)执行所有的算术运算；(2)执行所有的逻辑运算，并进行逻辑测试（如零值测试或两个值的比较等）。中央处理器控制器:由程序计数器PC、指令寄存器IR、指令译码器ID、时序产生器和操作控制器等组成，它是发布命令的“决策机构”，即完成对整个计算机系统操作的协调与指挥。控制器的主要功能：(1)控制机器从内存中取出一条指令，并指出下一条指令在内存中的位置；(2)对指令进行译码或测试，并产生相应的操作控制信号，送往相应的部件，启

5、动规定的动作；(3)指挥并控制CPU、内存与输入/输出（I/O）设备之间数据流动的方向。中央处理器5.1.3CPU中的主要寄存器在CPU中至少要有六类寄存器：数据缓冲寄存器（DR）、指令寄存器（IR）、程序计数器（PC）、地址寄存器（AR）、累加寄存器（AC）、状态条件寄存器（PSW），并且根据需要，可以扩充其数目。中央处理器1.数据缓冲寄存器（DR）数据缓冲寄存器DR用来暂时存放由内存读出的一条指令或一个数据字；反之，当向内存存入一条指令或一个数据字时，也先将它们送到数据缓冲寄存器DR中，然后再写入内存。缓冲寄存器DR的作用是：(1)作为CPU和内存及外部I/

6、O设备之间信息传送的中转站；(2)用于补偿CPU与内存及外围设备之间在操作速度上的差别；(3)在单累加器结构的运算器中，数据缓冲寄存器还可兼作为操作数寄存器。中央处理器2.指令寄存器（IR）指令寄存器IR用来保存当前正在执行的一条指令。当执行一条指令时，先把它从内存取到缓冲寄存器中，然后再传送至指令寄存器。指令分为操作码和地址码字段，由二进制数字组成。为了执行任何给定的指令，必须对操作码进行测试，以便识别所要求的操作，指令译码器就是完成这项工作的。指令寄存器中的操作码字段被送入指令译码器中，操作码一经译码后，即可向操作控制器发出具体操作的特定信号。中央处理器

7、3.程序计数器（PC）为了保证程序能够连续地执行下去，CPU必须具有某些手段来自动确定下一条指令的地址。而程序计数器PC正是起到这种作用的，所以PC通常又称为指令计数器。在程序开始执行前，必须将该程序在内存单元的起始地址，即第一条指令的地址送入PC。当执行指令时，CPU将自动修改PC的内容，使其保持的总是将下一条要执行的指令的地址。由于大多数指令都是按顺序来执行的，所以修改的过程通常只是简单的对PC自增即可。当遇到转移指令（如JMP指令）时，由于后继指令的地址（即PC的内容)必须从指令的地址段取得。在这种情况下，下一条指令的地址将由转移指令来规定，而不是像通常一

8、样按顺序来