计算机组成与结构-6 [兼容模式].pdf

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1、计算机组成与结构自动化专业学时：32上课时间：每周两次周一：8:00–9:35周四：9:45–11:2500:15计算机的组成存储器外输入设备辅助存储器输出设备设主存储器主机运算器控制器CPU中央处理器控制器控制器功能与组成，指令执行过程…微程序控制基本原理，微程序设计技术…硬布线控制基本原理，与微程序控制的比较…流水线基本工作原理…课程内容安排中央处理器CPU中的主要寄存器1.通用寄存器2.专用寄存器通用寄存器可用来存放原始数据和运算结果，有的还可以作为变址寄存器、计数器、地址指针等。通用寄存器一般由程序编址访问。CPU中的主

2、要寄存器2.专用寄存器1）程序计数器（PC）程序计数器又称指令计数器，用来存放正在执行的指令地址或接着要执行的下条指令地址。2）指令寄存器（IR）指令寄存器用来存放从存储器中取出的指令。当指令从主存取出暂存于指令寄存器之后，在执行指令的过程中，指令寄存器的内容不允许发生变化，以保证实现指令的全部功能。CPU中的主要寄存器3）数据寄存器（DR）数据寄存器用来暂时存放由主存储器读出的一个数据字；反之，当向主存存入一个数据字时，也暂时将它们存放在数据寄存器中。4）地址寄存器（AR）地址寄存器用来保存当前CPU所访问的主存单元的地址。由

3、于主存和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，直到主存的读写操作完成为止。CPU中的主要寄存器5）状态标志寄存器（PSWR）状态标志寄存器用来存放程序状态字（PSW）。程序状态字的各位表征程序和机器运行的状态，是参与控制程序执行的重要依据之一。它主要包括两部分内容：一是状态标志，如进位标志（C）、结果为零标志（Z）等，大多数指令的执行将会影响到这些标志位；二是控制标志，如中断标志、陷阱标志等。6.1计算机的硬件系统图6.1Intel80386微机系统框图6.1计算机的硬件系统Intel80386

4、包括指令部件、执行部件和存储管理部件等。指令部件完成取指及指令译码功能，并产生控制信号；执行部件包括ALU、乘法部件、寄存器组等；存储管理部件用来确定存储器地址。6.1计算机的硬件系统图6.2Intel80386引出端信号6.1计算机的硬件系统控制器主要作用——发出满足一定时序关系的控制信号，实现指令系统所规定的各条指令的功能，并保证计算机系统正常运行。6.2控制器的组成控制器的功能取指令分析指令执行指令6.2控制器的组成控制器的功能控制程序和数据的输入与结果输出对异常情况和某些请求的处理6.2控制器的组成控制器的组成1.程

5、序计数器(PC)2.指令寄存器(IR)3.指令译码器或操作码译码器4.脉冲源及启停线路5.时序控制信号形成部件6.2控制器的组成图6.3控制器基本组成框图6.2控制器的组成控制器的控制方式1.同步控制方式2.异步控制方式同步控制方式即固定时序控制方式，各项操作都由统一的时序信号控制。由3.联合控制方式于不同的指令，操作时间长短不一致。4.同步控制方式应以最复杂指令的操作时人工控制间作为统一的时间间隔标准。6.2控制器的组成控制器的控制方式2.异步控制方式异步控制方式即可变时序控制方式，各项操作不采用统一的时序信号控制，而根据指令

6、或部件的具体情况决定，需要多少时间，就占用多少时间。这是一种“应答”方式，各操作之间的衔接是由“结束－起始”信号来实现的。由前一项操作已经完成的“结束”信号，或由下一项操作的“准备好”信号来作为下一项操作的起始信号，在未收到“结束”或“准备好”信号之前不开始新的操作。6.2控制器的组成控制器的控制方式3.联合控制方式这是同步控制和异步控制相结合的方式。实际上现代计算机中几乎没有完全采用同步或完全采用异步的控制方式，大多数是采用联合控制方式。通常的设计思想是：在功能部件内部采用同步方式或以同步方式为主的控制方式，在功能部件之间采用

7、异步方式。6.2控制器的组成控制器的控制方式4.人工控制方式（1）RESET（2）连续或单条转换开关（3）符合停机6.2.3指令执行过程组成控制器的基本电路图6.4记忆电路图6.5无记忆电路寄存器、计数器和存储单元加法器6.2.3指令执行过程取指令阶段取指令阶段完成的任务是将现行指令从主存中取出来并送至指令寄存器中去。具体的操作如下：①将程序计数器（PC）中的内容送至地址寄存器（AR），并送地址总线（AB）。②由控制单元（CU）经控制总线（CB）向存储器发读命令。③从主存中取出的指令通过数据总线（DB）送到数据寄存器（DR）。6

8、.2.3指令执行过程取指令阶段④将DR的内容送至指令寄存器（IR）中。⑤将PC的内容递增，为取下一条指令做好准备。以上这些操作对任何一条指令来说都是必须要执行的操作，所以称为公共操作。完成取指阶段任务的时间称为取指周期。6.2.3指令执行过程取指周期的工作流程地