第10周大课 中央处理机(2).ppt

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1、回顾CPU是计算机的中央处理部件，具有指令控制、操作控制、时间控制、数据加工等基本概念。CPU由运算器、控制器和寄存器组成。随着高密度集成电路技术的发展，当今的CPU芯片内部将Cache集成在其内部了。1回顾CPU中至少有如下六类寄存器：指令寄存器、程序计数器、地址寄存器、数据缓冲寄存器、通用寄存器、状态条件寄存器。2教学内容指令周期3掌握指令周期的基本概念；熟悉典型指令的指令周期。教学要求4指令周期CPU每取出一条指令并执行这条指令，都要完成一系列的操作，这一系列操作所需的时间通常叫做一个指令周期。5指令周期

2、6指令周期的基本概念指令周期：指取指令、分析指令到执行完该指令所需的全部时间。各种指令的指令周期相同吗？为什么？机器周期通常又称CPU周期，通常把一条指令周期划分为若干个机器周期，每个机器周期完成一个基本操作。主存的工作周期(存取周期)为基础来规定CPU周期，比如，可以用CPU读取一个指令字的最短时间来规定CPU周期不同的指令，可能包含不同数目的机器周期。一个机器周期中，包含若干个时钟周期（节拍脉冲或T脉冲）。CPU周期规定，不同的计算机中规定不同7指令周期的基本概念时钟周期在一个机器周期内，要完成若干个微操作

3、。这些微操作有的可以同时执行，有的需要按先后次序串行执行。因而需要把一个机器周期分为若干个相等的时间段，每一个时间段称为一个节拍。节拍常用具有一定宽度的电位信号表示，称之为节拍电位。节拍的宽度取决于CPU完成一次基本的微操作的时间，如：ALU完成一次正确的运算，寄存器间的一次数据传送等。8指令周期的基本概念9指令周期下面我们用一个模型机来介绍指令周期概念主要包括：取指（令）周期、（指令）执行周期执行过程：框架原理10指令周期一个简单程序，由6条指令组成：地址指令助记符100101MOVR0，R1将R1中的值送

4、到R0102LADR1，6将存储单元6的数据复制到R1寄存器103ADDR1，R2R1+R2的结果送到R2104STOR2，（R3)将R2寄存器的内容送入（R3）间接寻址存储单元105JMP101跳转指令106ANDR1,R3R1与R3中的值做逻辑与运算，结果送R311MOV指令的指令周期取指周期执行周期125.2.2MOV指令的指令周期-取指①程序计数器PC中装入第一条指令地址101（八进制）；②PC的内容被放到指令地址总线ABUS（I）上，对指存进行译码，并启动读命令；③从101号地址读出的MOV指令通过指

5、令总线IBUS装入指令寄存器IR；④程序计数器内容加1，变成102，为取下一条指令做好准备；⑤指令寄存器中的操作码（OP）被译码；⑥CPU识别出是MOV指令，至此，取指周期即告结束。WR/RD135.2.2MOV指令的指令周期-执行①操作控制器（OC）送出控制信号到通用寄存器，选择R1（10）作源寄存器，选择R0作目标寄存器；②OC送出控制信号到ALU，指定ALU做传送操作；③OC送出控制信号，打开ALU输出三态门，将ALU输出送到数据总线DBUS上。注意，任何时候DBUS上只能有一个数据。④OC送出控

6、制信号，将DBUS上的数据打入到数据缓冲寄存器DR（10）；⑤OC送出控制信号，将DR中的数据10打入到目标寄存器R0，R0的内容由00变为10。至此，MOV指令执行结束。14LAD指令的指令周期取指周期执行周期15LAD指令的指令周期16ADD指令的指令周期17STO指令的指令周期18STO指令的指令周期19JMP指令的指令周期20JMP指令的指令周期21用方框图语言表示的指令周期引入目的主要是为了教学目的（控制器设计）方法：指令系统设计（模型机的五指令系统）方框——按CPU周期方框内内容——数据通路操作或控

7、制操作菱形符号——判别或测试~——公操作（表示这条指令已经执行完毕）前边所讲述的5种操作的框图描述22方框图表示指令周期取指执行23总结CPU每取出一条指令并执行这条指令，都要完成一系列的操作，这一系列操作所需的时间通常叫做一个指令周期。机器周期通常又称CPU周期，主存的工作周期(存取周期)为基础来规定CPU周期，比如，可以用CPU读取一个指令字的最短时间来规定CPU周期。一个指令周期含有若干个机器周期，一个机器周期含有若干个时钟周期。24总结一条指令包括一个取指令周期和一个及一个以上的执行周期组成；在每个CP

8、U周期中数据通路是明确的；数据通路的建立及操作受到操作控制器的控制，当然决定于是什么指令。25思考题1、什么是指令周期？2、说明MOVR1,R2指令执行的详细过程？26预习微控制器27