计算机组成原理课件-CPU完整版本.ppt

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1、第5章中央处理器计算机组成原理本章主要内容CPU的功能和组成控制器控制原理指令周期（★★★）时序产生器和控制方式硬布线控制器微程序控制器（★★★）流水线处理器25.1CPU的功能和组成CPU的功能CPU的组成CPU中的主要寄存器操作控制器时序产生器3CPU的基本功能取出指令并执行指令的部件——CPUCPU（CentralProcessingUnit）数据加工：算术/逻辑运算；（ALU）指令控制：指令执行的顺序控制;（PC，JMP）操作控制:产生各种操作信号;（微操作信号）时间控制:控制操作信号的发

2、生时间;（时序信号发生器）包括控制器（CU）和运算器（ALU）4CPU的组成运算器算术运算/逻辑运算控制器：指挥计算机各部件按指令要求进行操作的部件控制取出、解释和执行指令从内存中取指，并提供下一条指令地址对指令进行译码/测试,产生相应的操作控制信号产生执行部件的运行所需要的控制信号指挥并控制CPU,内存和I/O设备之间的数据传送存储器与控制器之间的信息流动——指令流；存储器与运算器之间的信息流动——数据流。中断控制——对异常情况和外部请求的处理5典型计算机主机框图6CPU中的主要寄存器PC—程序

3、计数器：ProgramCounterAR—地址寄存器：AddressRegisterDR—数据缓冲寄存器：DataRegisterIR—指令寄存器：InstructionRegisterAC—累加寄存器：AccumulateCountPSW—程序状态字：ProgramStatusWord7控制器基本组成PC(ProgramCounter)---程序计数器IR(InstructionRegister)---指令寄存器ID(InstructionDecoder)---指令译码器OC(OperateCo

4、ntroller)---操作控制器TG(TimerGenerator)---时序发生器8指令译码器？对指令进行分段（操作码、地址码）译码，指出指令的操作方式、寻址方式为操作控制器提供输入信号9操作控制器？根据指令操作码和地址码、时序信号,产生各种控制信号序列,建立正确的数据通路,从而完成取指令和执行指令的控制。硬布线控制器(时序逻辑型)(硬件实现)微程序控制器(存储程序型)(软件实现)数据通路—执行部件间（寄存器）传送信息的通路。10时序产生器？产生各种时序信号(电位,脉冲)；对各种操作实施时间上

5、的控制。11ALU运算器结构PSWAXBXCXDXDR左路开关选择右路开关选择数据总线DBUS移位器操作数X操作数YCLAADD30STA40NOPJMP21…000004…00000620212223243040CLAADD30STA40NOPJMP21…000004…00000620212223243040ALUADDAX,BXPSWAX=2BX=4CXDXDR左路开关选择右路开关选择数据总线DBUS移位器操作数X操作数YAX=6CLAADD30STA40NOPJMP21…000004…000

6、00620212223243040ALUADDAX,[30]PSWAX=2BX=4CXDXDR左路开关选择右路开关选择数据总线DBUS移位器操作数X操作数YAX=6DR=4CLAADD30STA40NOPJMP21…000006…00000420212223243040ALU指令译码器000000程序计数器PCAR地址寄存器ARDR缓冲寄存器DRAC累加器ACIR指令寄存器IR操作控制器OC时序产生器TG执行指令控制地址总线ABUS数据总线DBUSCPU基本结构PSWPSWCPU主机基本组成本章主

7、要内容CPU的功能和组成控制器控制原理指令周期（★★★）时序产生器和控制方式硬布线控制器微程序控制器（★★★）流水线处理器175.2指令周期（★★★）指令周期基本概念CLA指令周期ADD指令周期STA指令周期NOP指令周期JMP指令周期18指令周期基本概念时钟周期：T,节拍脉冲CPU周期：机器周期，从内存读出一条指令的最短时间指令周期：从内存取一条指令并执行该指令所用的时间。由若干个CPU周期组成，一个CPU周期又包含若干个时钟周期（节拍脉冲）T周期T1T2T3T4T1T2T3T4机器周期（取指令

8、）指令周期机器周期（执行指令）将指令周期划分为若干个相对独立的操作阶段。例如：取指令周期（IF），取（源、目的）操作数周期（SOF、DOF），执行周期（EXE）等。19指令周期基本概念（★★★）取指令周期取操作数周期（可无）执行周期取指令PC+1执行指令开始20典型指令程序：助记符机器指令地址CLA250000020ADD30030030021STA40020040022NOP000000023JMP21140021024┋┋┋数000006030据000040031┋┋┋┋和数0