CPU的结构和功能.ppt

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1、CPU的功能和组成指令周期时序产生器和控制方式主要内容什么是CPU？所谓中央处理器是控制计算机来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。CPU的功能和组成CPU的功能指令控制：就是保证机器按规定的顺序执行程序操作控制：CPU管理并产生由内存取出的每条指令的操作信号，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。时间控制：对各种操作实施时间上的控制，称为时间控制。数据加工：所谓数据加工，就是对数据进行算术运算和逻辑运算处理。完成数据的加工处理，这是CPU的根

2、本的任务。CPU的功能和组成（2）CPU的基本组成中央处理器由两个主要部分——控制器和运算器组成。CPU的功能和组成控制器由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序产生器和操作控制器组成，它是发布命令的“决策机构”，即完成协调和指挥整个计算机系统的操作。控制器的主要功能有：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。对指令进行译码或测试，并产生相应的控制信号。指挥并控制CPU，内存和I/O之间的数据流动的方向。CPU的功能和组成运算器由算术逻辑单位（ALU）、累加寄存器、数据缓冲寄存器和状态条件寄存器组成，

3、它是数据加工处理部件。相对控制器而言，运算器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，所以它是执行部件。运算器的主要功能：执行所有的算术运算。执行所有的逻辑运算。CPU的功能和组成CPU结构框图PCIR指令控制操作控制时间控制数据加工处理中断ALU寄存器中断系统1.CPU与系统总线CU时序电路寄存器ALU中断系统CUCPU控制总线数据总线地址总线寄存器组1通用寄存器（Ri）2暂存器（R）3指令寄存器（IR）4程序计数器（PC）5程序状态字寄存器（PSW）6地址寄存器（MA

4、R）7数据寄存器（MDR）PSW:1特征位：进位C、溢出V、零位Z、负位N、奇偶P2编程设定位：（程序调试、中断相应、工作方式）程序跟踪位T、容许中断位I、工作方式字段。…ITPNZVC1.用户可见寄存器(1)通用寄存器三、CPU的寄存器==用户可见寄存器存放操作数可作某种寻址方式所需的专用寄存器(2)暂存器存放操作数(3)地址寄存器存放地址，其位数应满足最大的地址范围用于特殊的寻址方式段基值栈指针(4)PSW为部分可见寄存器存放条件码，可作程序分支的依据如正、负、零、溢出、进位等2.控制和状态寄存器(1)控制寄存器

5、PC控制CPU操作(2)状态寄存器其中MAR、MDR、IR用户不可见存放条件码====用户可见PSW寄存器存放程序状态字PC用户可见MARMMDRIRCPU的功能和组成算术逻辑单元状态条件寄存器程序计数器PC地址寄存器MAR地址总线ABUS数据总线DBUS累加器AC存储器I/OCPU指令寄存器IRALU指令译码器操作控制器时序产生器时钟状态反馈取指控制执行控制ccccc缓冲寄存器MDRCPU的主要寄存器CPU的功能和组成累加寄存器AC累加寄存器AC通常简称为累加器，它的功能是：当运算器的算术逻辑单元（ALU）执行全部

6、算术和逻辑运算时，为ALU提供一个工作区。累加寄存器是暂时存放ALU运算的结果信息。显然，运算器中至少要有一个累加寄存器。状态条件寄存器PSW状态条件寄存器保存由算术指令和逻辑指令运行或测试的结果建立的各种条件码内容，同时状态条件寄存器还保存中断和系统工作状态等信息，以便使CPU和系统能及时了解机器运行状态和程序运行状态。因此，状态条件寄存器是一个由各种状态条件标志拼凑而成的寄存器。CPU的功能和组成程序计数器PC程序计数器中存放的是下一条指令在内存中的地址。指令寄存器IR指令寄存器用来保存当前正在执行的一条指令。C

7、PU的功能和组成地址寄存器MAR地址寄存器用来保存当前CPU所访问的内存单元的地址。由于在内存和CPU之间存在着操作速度上的差别，所以必须使用地址寄存器来保持地址信息，直到内存的读/写操作完成为止。缓冲寄存器MDR缓冲寄存器用来暂时存放由内存储器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，也暂时将它们存放在缓冲寄存器中。操作控制器和时序产生器数据通路：通常把许多寄存器之间传送信息的通路，称为“数据通路”。操作控制器：根据指令操作码和时序信号，产生各种操作信号，以便正确建立数据通路，从而完成取

8、指令和执行指令的操作。时序产生器：因为计算机高速地进行工作，每一个动作的时间是非常严格的，不能有任何差错。时序产生器的作用，就是对各种操作实施时间上的控制。CPU的功能和组成程序的执行过程：指令周期冯.诺依曼结构的计算机执行程序的顺序：1.正确从程序首地址开始.2.正确分步执行每一条指令，并形成下条待执行指令的地址.3.正确并自动地连续执行指令