chapter5中央处理机-含考研题.ppt

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1、计算机组成原理武汉科技大学计算机科学与技术学院第五章　中央处理机本章内容5.1CPU的功能和组成5.2指令周期5.3时序产生器和控制方式5.4微程序控制器5.5硬连线控制器*5.6传统CPU5.7流水CPU5.8RISCCPU*5.9多媒体CPU中央处理机(CPU)——控制计算机自动取指令并执行传统CPU的构成——运算器、控制器现代CPU的构成——运算器、控制器和Cache5.1CPU的功能和组成5.1.1CPU的功能——指令控制、操作控制、时间控制、数据加工1.指令控制——控制程序中指令的执行顺序(首要任务)2

2、.操作控制——形成执行指令所需的控制信号并送往相应部件3.时间控制——对操作控制信号加以时间上的约束4.数据加工——对数据进行算术、逻辑运算(根本任务)目录CPU运算器控制器是执行机构——接受控制器送来的命令，负责数据的加工处理：执行所有算术、逻辑运算及比较、测试等组成功能算术逻辑单元ALU、通用寄存器数据缓冲寄存器DR、状态条件寄存器PSW组成功能“决策机构”——协调和指挥整个系统的操作：(1)取出一条指令，并指出下一条指令的位置(2)对指令进行译码或测试，并产生相应的操作控制信号，以启动规定的动作(3)指挥并

3、控制CPU、内存和输入/输出设备之间数据流动的方向程序计数器PC、指令寄存器IR指令译码器ID、时序产生器、操作控制器5.1.2CPU的基本组成－－运算器＋控制器＋CachecacheCPU模型返回方框图硬布线控制器CPU中至少有六类寄存器1.数据缓冲寄存器(DR——DatabufferRegister)——暂存ALU的运算结果，或由数据存储器/外部接口读出的一个数据字其作用：(1)ALU运算结果和通用寄存器间传送时，作为时间上的缓冲(2)补偿CPU和内存、外设间速度上的差异2.指令寄存器(IR——Instruc

4、tionRegister)——保存当前正在执行的一条指令指令由指令cache(简称指存)读出后→IR，其中的操作码字段送给指令译码器5.1.3CPU中的主要寄存器3.程序计数器(PC——ProgrammingCounter)，也叫指令计数器——结构是寄存器+计数——保存将要执行的下一条指令的地址；自动加1计数(程序首地址；转移目标地址)4.数据地址寄存器(AR——AddressRegister)——保存当前CPU访问的数据存储器(数存)单元的地址5.通用寄存器(图5.1的模型中有4个：R0~R3)——ALU执行算

5、术或逻辑运算时，为ALU提供一个工作区指令格式中要对寄存器号加以编址通用寄存器还可作地址指示器、变址寄存器、堆栈指示器等5.1.3CPU中的主要寄存器6.状态条件寄存器(状态字寄存器，PSW)——保存算术、逻辑运算或测试结果建立的各种条件代码，以及中断和系统工作状态等条件码——进位标志(C)，溢出标志（V)，为零标志(Z)，为负标志(N)等(通常，各标志位分别由1位触发器保存)5.1.3CPU中的主要寄存器数据通路——寄存器之间传送信息的通路操作控制器的功能——根据指令操作码和时序信号，产生各种操作控制信号，正确

6、选择数据通路，从而完成对取指令和执行指令的控制按设计方法不同，操作控制器的分类：——时序逻辑型、存储逻辑型1.硬布线控制器——采用时序逻辑技术实现2.微程序控制器——采用存储逻辑实现(本书重点)时序产生器——对各种操作信号实施时间上的控制5.1.4操作控制器与时序产生器“CPU功能和组成”试题C【2010年计算机联考真题】下列寄存器中，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)B【2011年计算机联考真题】某机器有一个标志寄

7、存器，其中有进位/借位标志CF、零标志ZF、符号标志SF和溢出标志OF，条件转移指令bgt(无符号数比较大于时转移)的转移条件是()。A.CF+OF=1B.SF+ZF=1C.CF+ZF=1D.CF+SF=15.2指令周期—读取指令指令地址送入内存地址寄存器读内存，读出内容送入指令寄存器—分析指令—按指令规定内容执行指令不同指令的操作步骤数及操作内容不同—检查有无中断请求若无，则转入下一条指令的执行过程形成下一条指令地址指令的执行过程目录1.指令周期——CPU取出并执行一条指令所需的时间2.机器周期(CPU周期)—

8、—由内存中读取一个指令字的最短时间3.时钟周期(节拍脉冲或T周期)——处理操作的最基本单位一个指令周期由若干个CPU周期组成一个CPU周期包含若干个时钟周期5.2.1指令周期的基本概念指令周期T周期CPU周期CPU周期T1T2T3T4(取指令)(执行指令)取指令执行指令指令周期六条典型指令组成的简单程序指令存储器八进制地址指令助记符说　　　　明10010110210310