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第5章 中央处理器 要点 1、CPU的功能 2、CPU的组成 1、 CPU的功能 当用计算机来解决某个问题时,首先必须为它编写程序。 只要把程序装入内存,CPU就可以自动地完成取出指令、分析指令和执行指令。 CPU有4个功能 指令控制 (程序控制) 程序的顺序执行过程称为指令控制。CPU的运行严格按程序规定的顺序进行,这个顺序不能有任何颠倒。 操作控制 每一条指令的功能往往都是由若干个最基本的操作(被称为微操作)的组合来实现的,不同的指令,其微操作也不同。因此,CPU通过控制这些微操作来控制一条指令的取、分析和执行。 CPU中的控制器其核心是操作控制器,由它产生操作控制信号,发往相应的运算、处理部件来控制完成这些微操作。 时间控制 对各种微操作实施时间上的定时称为时间控制。由操作控制器发出的各种操作控制信号哪个先发出?哪个后发出?这些信号要保持多长时间,规定的操作才能完成?什么时候这个信号可以撤消等等?所有问题都是时间控制问题。在CPU的设计中,这些问题被称为时序问题。 数据加工 数据加工就是对数据进行算术运算和逻辑运算。 2、 CPU的组成 传统的CPU是由运算器和控制器两部分组成。 随着大规模集成电路技术的发展,早期放在CPU芯片外部的一些部件(主要是浮点处理器和CACHE等)开始移入CPU内部,现代CPU由运算器(包括浮点处理器)、控制器和CACHE三大部分组成。 操作控制信号 +1 指令地址计数器 地址缓冲寄存器 内存 数据缓冲寄存器 指令寄存器 指令译码器 操作控制器 (时序产生器) ALU ALU 寄存器 累加器 状态条件 寄存器 2.1、CPU组成框图 2.2、CPU中的主要寄存器 CPU至少要有六类寄存器: 数据缓冲寄存器(DR) 数据缓冲寄存器用来暂时存放从内存读出的一条指令(称为指令字)或一个数据(称为数据字);反之,当向内存存入一个数据时,也暂时将它们存放在数据缓冲寄存器中。 指令寄存器(IR) 指令寄存器用来保存当前正在执行的一条指令,其中指令的操作码部分作为指令译码器的输入,指令译码器的输出通过操作控制器(包括时序发生器)发出具体的操作控制信号,控制运算、处理部件完成这条指令所规定的操作。指令寄存器中的指令来自数据缓冲寄存器。 指令计数器(PC) 程序装入内存时,CPU自动得到程序的第一条指令地址(称为首地址)。 为了保证程序能够连续地执行下去,CPU必须具有某些手段来确定下一条指令的地址。而指令计数器正是起到这种作用。 在程序开始执行前,必须将它的起始地址,即程序的第一条指令所在的内存单元地址送入PC。 当执行指令时,CPU将自动修改PC的内容,使其始终保持着下一条指令的地址。 由于大多数指令都是按顺序来执行的,所以修改的过程通常只是简单的对PC加1(假定一条指令存放一个字节单元)。 但是,当遇到转移指令如JMP指令时,那么后继指令的地址(即PC的内容)必须从指令的地址段取得,而不是像通常一样按顺序对PC加1。
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