结构1_处理器.ppt

BIT/TI 第一节 处理器 1、处理器 2、C6000处理器 1、处理器——概述 中央处理器 是指能解释并执行指令的一种功能单元，它至少包含有一个指令控制单元和一个算术与逻辑运算单元，常称为CPU (Central Processing Unit) 微处理器 是包含中央处理器的能进行数据操作（处理和传输）的一种电子芯片，常简称处理器 处理器 常指微处理器，也指由微处理器为核心组成的数据处理设备或系统。 1、处理器——结构 1、处理器——结构 1、处理器——结构 1、处理器——结构 1、处理器——特点 数字信号处理器根据信号处理的特点 控制单元包含地址产生器，专门负责按指令的要求产生下一条指令和操作数的存储单元地址，可进行数字滤波、FFT等处理的循环寻址和位翻转寻址。 算术逻辑单元包含硬件乘法累加器，单指令周期实现MAC（Multiply and Accumulate）运算。 存储器采用哈佛结构，程序存储空间和数据存储空间分开，在一个指令周期可同时进行指令和数据从存储器的读取。 1、处理器——指令执行过程 处理器指令执行过程如下 控制器按程序计数器指示的地址从存储器中读取指令至程序寄存器 控制器译码解释寄存器中的指令 执行 如是存取类指令，将产生存取数据的存放地址，从存储器读取数据至寄存器堆或存储寄存器数据到存储器 如是算术逻辑类指令，则算术逻辑单元从寄存器堆读取操作数，按指令对待处理数据进行算术逻辑操作，并把操作结果数据存放回寄存器堆 如是转移类指令，控制器判断转移条件，并把条件成熟的转移目的地址装入程序计数器 1、处理器——指令执行过程 1、处理器——指令执行过程 1、处理器——基本概念 N位处理器 是指处理器的数据位数和总线宽度是N位的 N位的寄存器 N位的算术逻辑单元 N位的数据通道 N位的内部数据总线 外部总线位数可能与内总线位数不同，可以不是N位 1、处理器——基本概念 时钟周期 在处理器中，是指驱动处理器工作的时钟的一个完整周期的时间 处理器的工作时钟与外部时钟不一定是相等的，早期的处理器工作时钟一般等于外部时钟或是外部时钟的分频，现代高等处理器工作时钟一般是外部时钟的倍频，且倍频数可编程 1、处理器——基本概念 指令周期 每条指令操作执行所需的处理器时钟数，称为CPI (Clock cycles Per Instruction)。 指令周期常在流水线正常工作情况下测量，虽然很多指令单独执行时需要多个时钟周期，但在程序中流水执行时只占用一个时钟周期，这类指令称为单周期指令；否则称为多周期指令。 程序的平均CPI定义为程序执行的总CPU时钟周期数除以程序的指令数 1、处理器——基本概念 潜在指令执行延迟 指令取指至指令真正执行完毕的时间，常用时钟周期数来表示 指令延迟是由于指令流水线结构引起的 1、处理器——分类 计算系统所要实现的任务可分解成一个个基本的功能 在这些基本的功能中，实际上只有极少数的几种基本功能是必须由硬件的指令系统来完成的，而绝大多数基本功能既可以由硬件的指令系统来实现，也可以用多条指令组成的一段子程序来实现 根据硬件指令系统设计的特点 复杂指令集处理器 精简指令集处理器 1、处理器—— CISC处理器 复杂指令集处理器CISC（Complex Instruction Set Computer） 指令系统设置一些复杂功能的指令 尽量采用单条硬件指令来完成基本功能 总的发展趋势是增强指令的功能 早期数字信号处理器采用CISC结构（MAC，平方根指令，硬件控制循环指令等） 不满足VLSI硬件技术规整性要求 不满足编译程序软件对指令系统规整性的要求 发展受限 1、处理器—— RISC处理器 精简指令集处理器RISC（Reduced Instruction Set Computer） 指令系统只设置一些简单功能的指令 较复杂的基本功能用一段子程序来完成 总的发展趋势是简化指令的功能 处理器电路规模的增长和编译系统效率的提高的需求要求处理器结构一定具有很好的规整性 满足VLSI硬件技术规整性要求 满足编译程序软件对指令系统规整性的要求 新的处理器大多采用此结构 1、处理器—— RISC处理器 RISC采用的主要技术特点 CPU面向寄存器，采用LOAD/STORE结构 大多数指令在单指令周期内完成 减少指令和寻址方式的种类 采用流水线结构，十分重视提高流水线的执行效率 固定的指令格式，注重译码的优化 面向编译技术 2、C6000处理器——结构 2、C6000处理器——组成 C6000由三个主要部分组成：核CPU、外设和存储器 图中阴影部分为CPU，包括： 程序取指单元 指令分配单元 指令译码单元 32个32位寄存器 两个数据通路，每个数据通路4个功能单元 控制寄存器