第六章 中央处理器.ppt

第6章 中央处理部件(CPU) 6.1 计算机的硬件系统 6.2 控制器的组成 6.3 微程序控制计算机的基本工作原理 6.4 微程序设计技术 6.5 硬布线控制的计算机 6.6 控制器的控制方式 6.7 流水线工作原理 *6.8 CPU举例(自学) *6.9 计算机的 加电及控制过程 (自学) 学习目的 1. 了解计算机的硬件系统、分析计算机的加电及控制过程。 2. 掌握控制器的组成的主要部件，并能分析各主要部件的功能和相互关系。 3. 掌握微程序控制计算机的基本工作原理，微程序设计技术。 4. 分析硬布线控制的计算机的工作原理、时序分配方法。 5. 了解控制器的控制方式、流水线工作原理。 本章重点 （1）程序是如何执行的； （2）计算机怎样实现各条指令的功能； （3）计算机如何保证逐条指令的连续执行过程。 本章难点 （1）计算机运行过程中，各个硬件部件的作用； （2）CPU中各个部件的操作过程及其实现方法的原理。 第6章 中央处理部件(CPU) 计算机组成：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部件。 微处理器:运算器+控制器集成在一个芯片上,通常称之为中央处理部件(CPU)。 控制器的作用:协调并控制计算机的各个部件执行程序的指令序列。 6. 1 计算机的硬件系统 1．Intel 80386微机系统 图6．1是由Intel 80386微处理器等器件组成的 微机系统，Intel 80386是32位微处理器。(P163) Clk是clk2的二分频时钟信号 2． Intel 80386结构及外部连线 80386包括： 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、寄存器等； 存储管理部件：用来确定存储器地址。 80386微处理器芯片通过引出端与计算机的其它部件连接。各引出端的功能如下： 在80386与存储器或I／O设备之间传送(读写)一个数据的时间称为总线周期。 6．2 控制器的组成 6. 2. 1 控制器的功能 6.2.2 控制器的组成 1．程序计数器(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 6.2.3 指令执行过程 1. 组成控制器的基本电路 计算机中采用的电路，基本上分为两种类型： 2．指令执行过程举例 数据通路：控制器组成:图6.3 运算器组成:图6．6所示 中央处理器组成：图6.8 (1) 一条加法指令的执行过程:(时序图) 指令格式: 图6.7 加法指令时序图 (2)条件转移指令的执行过程 指令功能：根据N，Z，V，C的状态，决定是否转换。如转移条件成立，则转移到本条指令所指定的地址，否则顺序执行下一条指令。 课后作业 CPU结构如图所示，其中有一个累加寄存器AC、一个状态条件寄存器和其他四个寄存器，各部分之间的连线表示数据通路，箭头表示信息传送方向。要求： (1) 标明图中a,b,c,d四个寄存器的名称。 (2) 简述指令从主存取到控制器的数据通路。 (3) 简述数据在运算器和主存之间进行存/取访问的数据通路。 6.3 微程序控制计算机的基本工作原理 6.3.1 微程序控制的基本概念 6.3.2 实现微程序控制的基本原理 1．控制信号 微指令如何产生控制信号： 微指令最简单的组成形式： 3．时序信号及工作脉冲的形成 在图6．8中，没有画出一些寄存器(例如指令寄存器、程序计数器等)接收数据或计数的工作脉冲(打入脉冲)，这些脉冲是如何形成的呢? 　　　另外在波形图中的CLK，T1, T2等信号又是如何产生的? 4．电路配合中的常见问题 (1)电路延迟引起的波形畸变 5．微程序控制计算机的工作过程简单的总结(参阅图6．8) (1)机器加电后，首先由reset信号在PC内置入开机后执行的第一条指令的地址，同时在微指令寄存器内置入一条“取指”微指令，并将其他一些有关的状态位或寄存器置于初始状态。当电压达到稳定值后，自动启动机器工作，产生节拍电位T1，T2和CP。 (2)机器开始执行程序·，不断地取出指令、分析指令、执行指令。程序可以存放在固定存储器中，也可以利用一小段引导程序(在固存中)将要执行的程序和数据从外部设备调入主存。 课后作业 设某计算机运算控制器逻辑图如图6.8，控制信号意义见表6.1，指令格式和微指令格式如下： 指令格式 操作码 rs,rd,