计算机组成原理（华科）ppt课件.ppt

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1、第六章中央控制器**一、中央控制器的功能和组成1、中央控制器的功能•指令控制：即顺序控制，保证机器按照程序规定的顺序执行指令。•控制操作：产生每条指令执行所需要的各种控制信号，并送相应部件产生相应动作。•时间控制：同步不同操作•异常和中断处理2、控制器的基本组成(1)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topolgy(2)指令寄存器IR•保存当前正执行的指令•指令的操作码字段和寻址方式送译码(3)指令译码器ID•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

2、入口(4)操作控制器OC•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(5)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topolgy6)控制器的基本设计方法•分析CPU硬件组成与结构•分析硬件控制信号的功能、有效形式(电平或脉冲)•分析指令在CPU硬件环境下的执行流程•分析指令流程所需要的控制信号•对上述控制信号优化、同步(指令周期划分)•将优化和同步后的控制信号以微指令的形式存放在CM中•将CM的输出与被控对象连接6)控制器的基本设计方法•分析CPU硬件组成与结构•分析硬件控制信号的功能、有效形式(电平或脉冲)CP二、控制器的控制原理为统一表

3、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单;(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]]）。

4、3)用“AB”表示数据传送，其中B为数据源，A为目的端；二、控制器的控制原理1、控制器的组织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；2、指令周期(1)CPU如何区分存放在内存中的数据和指令？通过指令周期的不同阶段来区分(2)指令周期取出一条指令并执行一条指令所需要的时间(

5、3)指令周期由两部分时间构成2)指令周期的基本概念(4)指令周期时间由于不同的指令功能不同、同一功能指令的寻址方式不同，所以取指和执行指令的时间也不相同，因此，不同指令的指令周期时间不相同。(5)几个与指令周期有关的时间概念•CPU周期:又称机器周期,指CPU从内存中取出一个机器字所需要的最短时间,通常由若干个时钟周期组成.•时钟周期:又称T周期,是计算机的节拍周期,是计算机中处理操作最基本的时间单位.(6)指令周期、CPU周期、时钟周期三者之间的关系T1T2T3T4T1T2T3T4CPU周期CPU周期指令周期topolgy3)指令周期不同阶段应该完成的任务(1)取指阶段完成

6、的任务:a.从内存中取出一条指令b.对程序计算器PC的内容加”1”，形成后续地址c.将指令的OP字段送指令译码器进行译码(2)执行阶段的任务(a)取操作数周期形成操作数地址(与寻址方式有关)并取出操作数(b)执行周期按时间发出完成指令所需要的所有控制信号,控制控制信息和数据信息的正确流动一个指令周期至少包括两个机器周期(CPU周期)4)指令的执行及控制分析几条典型指令在上图所示CPU中的执行过程寻址方式(1)指令流程图：描述指令处理过程中使用的部件，需要的操作•LADR0，(80)指令流程图•ADDR0，（81）指令流程图1M1M3M2M4•ADDR0，（81）指令流程图2M

7、MM•ADDR0，（81）指令流程图3MM•JO75指令流程图M1M2可见,转移指令的目标地址不一定会送到PC中,关键是看是否转移成功!topolgy•STA（R1），R0指令流程图M1M25）指令的控制命令序列分析•LADR0,(80)PCBUS,LDARRD,LDDRPC+1DRBUS,LDIRIRBUS,LDARRDLDDRDRBUSBUSbusLDR0•ADDR0,(81)PCBUS,LDARRD,LDDRPC+1DRBUS,LDIRR0LLDLAIRBUS,LDARRDLDD