第三章CPU子系统概述ppt课件.ppt

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1、第三章CPU子系统本章主要讨论：运算器控制器数据通路结构与外部的连接指令的执行过程CPU组成CPU工作原理输出逻辑ALU输入逻辑通用寄存器组输入逻辑3.1概述3.1.1CPU的基本组成1.运算部件1）输入逻辑分别选择两个参加运算的操作数，可为选择器或暂存器。2）算术、逻辑运算部件（ALU）运算器的核心，完成具体的运算功能。通过加法器实现运算操作（由全加器求和、由进位链传递进位信号）。3)输出逻辑通过多路选择器进行左移、右移、直传、高低字节交换。2.寄存器组1）通用寄存器：提供操作数，存放运算结果。2）暂存器：暂时存放某些中间过程所产生的信息，避免破坏通用寄存器的内

2、容。3）指令寄存器IR：存放当前正在执行的指令，输出操作码信息、地址信息，是产生微命令的主要逻辑依据。4）程序计数器PC用来指示指令在存储器中存放的位置，存放下一条要执行的指令的地址。5）程序状态字寄存器(PSW)用来记录现行程序的运行状态和指示程序的工作方式。内容可分为特征位和编程设定位。顺序执行PC先+1，再用转移地址修改PC转移执行:通过ALU使PC+1PC自动+1工作方式优先级TNZVC151211876543210C=1进位V=1溢出Z=1结果为0N=1结果为负T=1,执行跟踪程序（1）条件码反映程序运行结果（2）跟踪标志为程序查错设置的断点标志T。程序

3、初始化置T为1...测试T跟踪程序….....程序优先级高于外部优先级，不响应程序优先级低于外部优先级，可响应用户方式：禁止程序执行某些指令核心方式：允许程序执行所有指令（3）优先级为现行程序赋予优先级别，以决定是否响应外部中断请求。（4）工作方式规定程序的特权级。PSW在CPU中，反映程序运行状态；控制/状态字在接口中,反映CPU命令、设备状态。6）地址寄存器（MAR）存放被访问单元的地址。7）数据缓冲寄存器（MBR）用来存放CPU与主存之间交换的信息。3.微命令产生部件产生全机所需的各种微命令控制最基本的操作(微操作)的命令电位型脉冲型4.时序系统振荡器分频器

4、时钟脉冲工作脉冲时钟周期(节拍)产生电位型微命令，控制操作时间段产生脉冲型微命令，控制定时操作控制操作时间和操作时刻。5.CPU内部的数据通路结构1)单组内总线、分立寄存器结构移位器ALU选择器AR0选择器BRn内总线R0RnR0Rn特点：采用分立寄存器，一组单向数据总线，以ALU为内部数据传送通路的中枢。2)单组内总线、集成寄存器结构移位器ALU暂存器CR0暂存器DRn内总线特点：集成寄存器组，一组双向数据总线，ALU输入端设置暂存器。3)多组内总线结构3.1.2时序控制方式即时序信号与操作的关系指令周期●采用三级时序系统：工作周期1工作周期2工作周期n……时钟

5、周期1时钟周期2时钟周期m….…..……….(节拍1)(节拍2)(节拍m)工作脉冲1工作脉冲2工作脉冲k●时序关系：晶振输出工作周期1工作周期2工作周期3时钟T1工作脉冲P时钟T2指令周期控制不同阶段操作时间控制分步操作时间对微操作定时取指执行取数取出指令修改PC打入IR打入PC1.同步控制方式各项操作受统一时序控制。①定义：②特点：有明显时序时间划分，时钟周期长度固定，各步操作的衔接、各部件之间的数据传送受严格同步定时控制。③优缺点：时序关系简单，时序划分规整，控制不复杂；时间安排不合理。④应用场合：用于CPU内部、设备内部、系统总线操作控制逻辑易于集中，便于管

6、理。(各挂接部件速度相近，传送时间确定，传送距离较近)。各项操作受统一时序控制。由CPU或其他设备提供2.异步控制各项操作按不同需要安排时间，不受统一时序控制。①定义：②特点：无统一时钟周期划分，例.异步传送操作●主设备：申请并掌握总线权的设备。各操作间的衔接和各部件之间的信息交换采用异步应答方式。总线主从●从设备：响应主设备请求的设备。发/接接/发主设备获得总线控制权●操作流程：主设备询问从设备主设备发送/接收数据主设备释放总线控制权从设备准备好？YN主设备输出端与总线连接主设备输出端与总线断开时间安排紧凑、合理。但控制复杂。③优缺点：④应用场合：用于异步总线操

7、作(各挂接部件速度差异大，传送时间不确定，传送距离较远)。3.同步方式的变化指令周期长度可变，时钟周期长度不变。可用计数器指示时钟周期数的变化。①不同指令安排不同时钟周期数②总线周期中插入延长周期经总线传送一次数据所用的时间(送地址、读/写)总线周期长度可变，时钟周期长度不变。总线周期(4T)例.一个总线周期包含4个时钟周期时钟T1T3T2T4送地址读/写数据结束同步方式时钟T1T3T2T4T4T4Tw送地址读/写数据结束总线周期(5T)扩展同步方式③同步方式引入异步应答以固定时钟周期作为时序基础，引入异步方式中的应答思想。例.8088最大模式，用一根总线请求/应

8、答线实现总