计算机组成原理(第六章).ppt

第六章 中央处理器 (31) 微地址字段 P1 P2条件测试字段 C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10 C11 C12 C13 C14 C15 C16 C17 C18 C19 C20 1 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 10 9 8 7 0 uI3 LDR1 R2→Y DR→ X “+” 仿照类似的方法可设计出所有机器指令的微程序，并将它们写入到CM中，CM一般由EPROM构成； 微程序设计完后，若发现某些机器指令的功能不够理想，希望作修改时，只需对相应微程序的某些微指令作适当修改后，重新写入到CM中即可； 微程序仿真：在一台计算机上用微程序模拟另一台计算机的指令系统。 第六章 中央处理器 (32) 七、中断系统 中断概念的提出及中断系统的基本功能 中断请求：当事件发生时能向CPU发出的请求 中断系统：能接受中断请求，并对中断事件进行处理的部件 1、中断系统的功能 及时发现和处理机器中的软、硬件故障，如电源掉电，存储器奇偶校验错，运算溢出，程序越界等； 应用实时控制系统的计算机，由中断系统来接受从外部适时输入的信息并进行必要的处理； 计算机系统中主机与输入输出设备间可采用中断方式交换信息，以实现主机与外设并行工作； 计算机软件的调试和维护过程中，可利用中断系统提供人工干预的途径，以实现人机会话功能； 多用户计算机系统中，通过中断系统进行多道程序的调度以实现多道运行。 * 第六章 中央处理器 (1) 中央处理器（CPU）由运算器和控制器组成。 运算器主要用来完成各种算术和逻辑运算功能； 寄存器：用来存放中间结果、缓冲作用 控制器是全机的指挥中心，在在它的控制下，计算机总是遵循“取指令，执行指令，取下条指令，执行下条指令…”这样周而复始地工作直到停机为止。 一、控制方式 控制器对指令的执行过程的控制有三种方式： 同步控制方式 使所有的指令具有完全相同的执行时间，即指令周期相同 按指令系统中最复杂的指令来确定指令周期的长度 优点是控制简单 缺点：时间浪费 异步控制方式 按照各条机器指令的需要设置各条指令不同长度的指令周期 缺点：控制复杂 优点：节省时间 第六章 中央处理器 (2) 混合控制方式 现代计算机系统广泛采用的方式 基本思想：将每个指令周期分成多个机器周期，每个机器周期中再分成多个节拍，于是各条指令可取不同的机器周期数作为各自的指令周期。如简单指令包含一个机器周期，复杂指令可包含多个机器周期。 这种方式不浪费很多时间，控制上又不十分复杂。 二、控制器的功能与组成 1、控制器的功能 指令控制 根据给定的地址从主存储器中取出待执行的指令，并分析指令功能，然后执行该指令，接着取下条指令，分析并执行下条指令。 时序控制 机器指令的操作过程（包括取指令、分析指令和执行指令）是严格按照一定的时序进行的，一个指令周期中包含多少个机器周期随指令功能的不同而不同，一个机器周期中包含多少个节拍随机器周期的不同而不同。这些周期和节拍信息都应由时序部件定时产生，不允许出现任何差错。 第六章 中央处理器 (3) 操作控制 在时序信号控制下，各个指令周期中包含多少个机器周期，各个机器周期内部的各个节拍中完成什么功能，均由指令操作流程作出严格规定。控制器应能按照指令操作流程图的规定，在各个节拍中产生控制信号，控制各各相关部件完成相应的操作。由于这些控制信号所完成的操作非常简单，通常称它们微操作控制信号或微命令。 2、控制器的组成 控制器是全机的指挥中心，其复杂程度随机器规模大小有比较大的区别，但一般应包含如下主要部件： 程序计数器PC:存放待执行指令在存储器中的地址，即指令地址寄存器 指令寄存器IR：存放从寄存器中取出的待执行指令 指令译码器ID：操作码译码 时序部件：产生计算机工作过程中所需的各种时序信号 微操作控制部件：产生与各条微指令对应的微操作控制信号。通常有三种构成方式－由逻辑电路，或存储逻辑电路构成，或可编程逻辑阵列PLA构成 中断系统 操作控制台 第六章 中央处理器 (4) 三、指令的执行过程 1、指令周期 “指令周期”是指一条指令从取出到执行完毕所需要的时间，通常将其分成两个阶段－取指令、分析指令阶段和执行指令阶段。 取指令阶段对所有指令都相同，可称作“公操作阶段”。 执行指令阶段的不同操作才反映出不同的指令功能。 对于采用混合控制方式的现代计算机，一般的做法是定