计算机组成原理第05章 CPU子系统-控制器ppt课件.ppt

《计算机组成原理第05章 CPU子系统-控制器ppt课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第5章CPU子系统本章介绍了CPU的基本组成，通过一个CPU模型重点讨论CPU的数据通路结构和指令的执行过程。第5章CPU子系统基本知识点：CPU的基本组成同步、异步控制方式组合逻辑控制器基本原理及工作方式微程序控制器基本原理及其工作方式模型机数据通路结构模型机指令流程图与操作时间表第5章CPU子系统重点：CPU基本组成与结构、指令流程图与操作时间表、微程序控制器基本原理、微指令格式。难点：指令流程图与操作时间表、微指令格式第5章CPU子系统控制器是计算机工作的指挥和控制中心，分析控制器的工作必然要涉及到计算机各个部件。因

2、此，了解控制器的工作过程也就了解了计算机全部工作过程。学习本章内容，对于建立整机概念是至关重要的。第5章CPU子系统一般地，机器指令集定义了CPU。若我们知晓机器指令集，也就知道了CPU必须完成的功能。CPU所需处理的事情：1．操作（操作码）2．寻址方式3．寄存器4．I/O模块接口5．存储器模块接口6．中断处理结构由指令集定义由系统总线定义部分被系统总线定义，部分被CPU类型所定义第5章CPU子系统CPU的功能：·指令控制·操作控制·时间控制·数据加工·处理中断等第5章CPU子系统CPU的功能：·指令控制程序的顺序控制，称

3、为指令控制。保证机器顺序执行程序是CPU的首要任务。·操作控制一条指令的功能往往是由若干个操作信号的组合来实现的，因此，CPU管理并产生由内存取出的每条指令的操作信号，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。第5章CPU子系统CPU的功能：·时间控制对各种操作实施时间上的控制。在计算机中，各种指令的操作信号及指令的整个执行过程均受到时间的严格控制。这样，计算机才能有条不紊地自动工作。·数据加工即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，这时CPU的根本任务。·处理中断5.1概述5.1

4、.1CPU的基本组成CPU的基本功能元素：·ALU计算机的功能精髓·寄存器用于CPU内部的数据存储·内部数据路径用于寄存器之间以及寄存器与ALU之间的数据传送·外部数据路径用于将寄存器连接到内存和I/O模块·控制器引起CPU内部的操作发生5.1概述5.1.1CPU的基本组成程序执行由涉及这些CPU元素的操作组成，这些操作由微操作信号序列组成。所有的微操作可按如下分类：·在寄存器之间传送数据·将数据由寄存器传送到外部界面（如系统总线）·将数据由外部界面传送到寄存器·以寄存器作为输入、输出，完成算术或逻辑运算5.1概述5.1.

5、1CPU的基本组成1.运算部件⑴输入逻辑⑵算术逻辑运算部件⑶输出逻辑选择命令+1操作数操作数选择命令选择命令选择命令移位器选择器/锁存器选择器/锁存器ALU5.1概述5.1.1CPU的基本组成2.寄存器组CPU中的寄存器服务于两类功能：·用户可见寄存器这些寄存器允许机器语言或汇编语言程序员通过优化寄存器的使用而减少对主存的访问·控制和状态寄存器用来控制CPU的操作并被特权的操作系统程序用来控制程序的执行。5.1概述5.1.1CPU的基本组成2.寄存器组·通用寄存器组用户可编程访问·暂存器对用户透明·累加器AC当ALU执行全

6、部算术和逻辑运算时，为ALU提供一个工作区。并暂存ALU运算的结果信息。当使用多个累加器时，就变成通用寄存器结构。5.1概述5.1.1CPU的基本组成2.寄存器组·指令寄存器IR用于存放当前指令·程序计数器PC用于存放后继指令地址·程序状态字寄存器PSW·存储器地址寄存器MAR连接到系统总线的地址线，指定了读/写操作的内存地址。·存储器缓冲寄存器MBR（MDR）连接到系统总线的数据线，容有最后一次访问内存的值5.1概述5.1.1CPU的基本组成3.微命令产生部件(控制器)根据控制信息产生微命令序列，对指令功能所要求的数据传

7、送进行控制，并在数据传送至运算部件是控制完成运算处理。总的来看，控制器完成两项基本任务：·排序根据正被执行的程序，控制器使CPU以适当的顺序按步通过一串微操作·执行控制器使每个微操作得以完成5.1概述5.1.1CPU的基本组成4.时序系统控制指令在执行过程中根据不同的周期、节拍信号，在不同的时间发出不同的微命令，完成不同的操作5.1概述5.1.1CPU的基本组成5.CPU内部的数据通路结构连接寄存器与ALU，是CPU组成的核心问题·单组内总线，分立寄存器结构·单组内总线，集成寄存器结构·多组内总线结构5.1概述5.1.1C

8、PU的基本组成5.CPU内部的数据通路结构·单组内总线，分立寄存器结构ALUR0～RnR0～Rn+1移位器选择器A选择器BRnR05.1概述指令的执行过程5.1概述5.1.2时序控制方式为形成控制流，在时序方面有三个问题需要考虑：·操作与时序信号之间的关系:时序控制方式·指令之间的衔接方式·如何形成所需