组成原理课程第六章.ppt

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1、第六章中央处理器本章知识点6.1CPU的功能和基本结构CPU的基本功能和常见的CPU基本结构6.2指令执行的过程1)数据通路的概念及组成2)指令周期流程图6.3时序与控制器6.4微程序控制器的工作原理1)微程序控制的基本概念2)微程序控制器的组成原理3)微指令的编码方法4)微程序设计举例6.5硬布线控制器的工作原理1)硬布线控制器的模型2)硬布线控制器的基本原理与设计方法26.1CPU的功能和基本结构(1)指令执行顺序的控制：控制程序中的指令按事先规定的顺序自动地执行。(2)指令的操作控制：产生指令

2、执行过程中所需要的信号，以控制执行部件按指令规定的操作运行。(3)时间控制：对各控制信号进行定时，以便按规定的时间顺序启动各操作。(4)异常和中断处理：处理运算中的异常及处理外部设备的中断服务请求等。(5)数据加工处理：对数据进行算术、逻辑运算，或将数据在相关部件之间传送。1.CPU的基本功能32.CPU的基本结构451)控制器中各主要功能部件的作用:程序计数器PC•给出并指示下一条指令的地址•完成顺序控制的功能•内容在取指完成后即可改变•转移指令直接修改PC值•保存当前正执行的指令•指令的操作码字

3、段和寻址方式送译码2)控制器中各主要功能部件的作用:指令寄存器IR7•对指令的OP字段和寻址方式译码，指出指令的操作方式•译码的结果是找到与该指令相关的微程序的入口3)控制器中各主要功能部件的作用:指令译码器ID8•产生指令执行过程中所需要的控制信号•实现指令的操作控制功能4)控制器中各主要功能部件的作用:操作控制器OC95)控制器中各主要功能部件的作用:时序产生器•对操作控制信号进行同步•实现控制器的时间控制功能6)控制器中各主要功能部件的作用:数据缓冲寄存器DR•保存与主存之间交换的数据117)

4、控制器中各主要功能部件的作用:地址寄存器AR•存放CPU将要访问的主存单元地址126.2指令执行的过程1.数据通路的概念及组成数据通路:数据在功能部件之间传送的路径；数据在数据通路中的传送操作是在控制信号的控制下进行的；数据通路的建立可用总线或专用通路两种方法来构建；不同功能的指令及同一指令在执行的不同阶段的数据通路可不同；数据通路的结构直接影响CPU内各种信息的传送路径、指令执行流程、所需要的微操作控制信号及其时序安排和控制器的设计；132.指令周期流程1)程序控制的过程，本质上是由控制

5、器根据程序所包含的指令序列，逐条执行指令的过程。2)指令周期一条指令从取出到执行完成所需时间3)指令周期划分(1)取指令周期:根据PC的值取去主存储取指令；如何形成后续指令地址。(a)顺序执行指令时，将PC内容加当前指令所占用的主存单元数(b)当出现转移时，根据寻址方式、转移条件、转移的目标地址等内容计算得到。14(2)译码/取操作数周期对指令寄存器中的操作码字段进行译码并识别指令类型根据指令地址码和寻址方式，从寄存器或存储器中读取操作数。不同的寻址方式可能具有不同的取操作数周期。算术运

6、算类指令大都要求双操作数，因此，取操作数流程要经历两次，第一次取源操作数，操作流程由源寻址方式字段确定，第二次取目的操作数，操作流程由目的寻址字段确定。15(3)执行周期控制器向算术逻辑运算单元及数据通路中的其它相关部件发送操作控制命令，完成由指令操作码规定的动作，包括传送结果及记录状态信息。操作结果送到哪里由寻址方式确定；状态信息(如溢出)记录在PSW中;对转移指令还需在执行周期内计算机移地址。(4)写回将运算结果写到结果寄存器或存储器。写回存储器时间较长,一般需要多个时钟周期。163.寄

7、存器级传送语言RTL(RegisterTransferLanguage)为统一表示指令执行流程，采用寄存器描述语言表示指令执行过程中的操作，使用RTL的规则如下：1)用()表示读取寄存器或主存地址的内容，如（PC）表示读取PC寄存器中的内容；2)用[]表示主存单元地址或寄存器堆中寄存器的编号，则：M[6]表示主存6号单元，(M[6])表示读取主存6号单元的数据；R[6]表示寄存器堆中6号寄存器，(R[6])表示读取寄存器堆中6号寄存器的数据；M[(R[6])]表示寄存器堆中6寄存器内容所指主存

8、单元;(M[(R[6])])表示读取寄存器堆中6寄存器内容所指主存单元的内容。为简化对主存单元的表示和访问，将它们分别简化成M[R[6]]和（M[R[6]]）。3)用“AB”表示数据传送，其中B为数据源，A为目的端；174.指令操作流程:基于单总线结构的处理器18根据指令周期的概念，任何指令第一个CPU周期都是取指周期，取指周期中CPU要完成以下三件事：(1)根据PC的内容取出指令并送指令寄存器IR中保存(本书假定程序首地址已存放在PC中)；(2)修改PC的值；（这