计算机组成原理第5章课件.ppt

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1、第五章中央处理器计算机组成原理第5章中央处理器5.1CPU的组成和功能5.7流水CPU5.2指令周期5.8RISCCPU5.3时序产生器和控制方式5.9多媒体CPU5.4微程序控制器5.5硬连线线控制器5.6传统CPU☆☆☆☆☆☆☆5.1CPU的功能和组成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是控制计算机自动完成取出指令和执行指令任务的部件。它是计算机的核心部件，通常简称为CPU（CentralProcessingUnit）5.1.1CPU的功能★指令控制保证机器按程序规定的顺序取出

2、执行★操作控制CPU产生每条指令对应的操作信号，并把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★时间控制对各种操作的实施时间进行定时★数据加工对数据进行算术运算和逻辑运算处理控制器运算器5.1.2CPU的基本组成控制器:完成对整个计算机系统操作的协调与指挥。(1)取出一条指令，并指出下一条指令的地址；(2)指令译码，产生操作控制信号送往相应的部件；(3)指挥并控制CPU、内存与I/O设备之间数据流动的方向运算器:是数据加工处理部件，所进行的全部操作由控制器发出的控制信号指挥。(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C

3、PU由运算器、cache和控制器三大部分组成。暂时存放由内存读出或写入的指令或数据字保存由算术和逻辑指令的结果建立的各种条件码确定下一条指令的地址保存当前正在执行的一条指令对IR中的指令操作码进行译码分析控制数据通路、启停部件操作保存当前CPU所访问的内存单元的地址5.1.3CPU中的主要寄存器数据缓冲寄存器（DR）暂时存放由内存读出或写入的指令或数据字指令寄存器（IR）保存当前正在执行的一条指令程序计数器（PC）确定下一条指令的地址地址寄存器（AR）保存当前CPU所访问的内存单元的地址通用寄存器（R0～R3）状态条件寄存器（PSW）保存由算术和逻辑指令的结果建立

4、的各种条件码play5.1.4操作控制器与时序产生器操作控制器：在各寄存器之间建立数据通路。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，以便正确地建立数据通路，从而完成取指令和执行指令的控制。根据设计方法不同，操作控制器可分为：硬布线控制器微程序控制器时序产生器：产生计算机所需要的时序控制信号采用时序逻辑技术来实现采用存储逻辑来实现5.2指令周期5.2.1指令周期的基本概念5.2.2 MOV指令的指令周期5.2.3 LAD指令的指令周期5.2.4 ADD指令的指令周期5.2.5 STO指令的指令周期5.2.

5、6 JMP指令的指令周期5.2.7用方框图语言表示指令周期5.2指令周期指令的执行过程取指令执行指令开始5.2.1指令周期的基本概念◆指令周期:CPU取出并执行一条指令的时间。取指时间＋执行指令时间◆CPU周期:CPU从内存读取一条指令字所需的最短时间，又称机器周期（总线周期）。◆时钟周期:通常称为节拍脉冲或T周期。一个CPU周期包含若干个T周期。（节拍的宽度取决于CPU完成一次基本的微操作的时间）相互关系：1个指令周期=若干个CPU周期1个CPU周期=若干T周期101MOVR0,R1；（R1）→R0102LADR1,6；（6）→R1103ADDR1,R2；（R1

6、）+（R2）→R2104STOR2,(R3)；（R2）→(R3)105JMP101；101→PC106ANDR1,R3……61005条典型指令构成的简单程序5.2.2MOV指令的指令周期MOVR0,R1MOV指令的指令周期——取指MOV指令的指令周期——执行play5.2.3LAD指令的指令周期一个CPU周期一个CPU周期取指令阶段执行指令阶段开始取指令PC+1对指令译码送操作数地址取下条指令PC+1取出操作数装入通用寄存器一个CPU周期LADR1,6LAD指令的指令周期——执行play5.2.4ADD指令的指令周期ADDR1,R2ADD指令的指令周期——执行pl

7、ay5.2.5STO指令的指令周期STOR2,(R3)play5.2.6 JMP指令的指令周期JMP101play5.2.7用方框图语言表示指令周期方框：代表一个CPU周期，方框中的内容表示数据通路的操作或某种控制操作。菱形：通常用来表示某种判别或测试。时间上依附于紧接的前面一个CPU周期，而不单独占用一个CPU周期。play1个CPU周期1个CPU周期1个CPU周期公操作符号。表示一条指令已执行完毕，CPU取下一条指令或处理外设请求。ABUS：地址总线DBUS：数据总线IBUS：指令总线【例1】下图所示为双总线结构机器的数据通路，IR为指令寄存器，PC为程序计数

8、器(具有自