第5章中央处理器汇编.ppt

第五章 中央处理器 ?本章要点 ?　 中央处理器的功能和组成； 基本结构处理器的指令执行过程； 实现指令功能的微操作系列的产生方法； 控制器的设计方法； 高性能计算机中的各种技术 第五章 中央处理器 学习目标 ?　 本章需掌握的主要内容：1. CPU功能和组成；2. 指令周期基本概念；3. 时序产生和控制方式；4. 微程序控制器设计技术；5. 硬布线控制器设计技术；6 .流水处理器，以及其他技术。 第五章 中央处理器 5.1 CPU的组成和功能 5.2 指令周期 5.3 时序产生器和控制方式 5.4 微程序控制器 5.5 微程序设计技术 5.6 硬布线控制器 5.7 传统的CPU 5.8 流水CPU 5.9 RISC CPU 5.10 多媒体CPU 5.1 CPU的组成和功能 5.1.1 CPU的功能 5.1.2 CPU的基本组成 5.1.3 CPU中的主要寄存器 5.1.4 操作控制器与时序产生器 5.1.1 CPU的功能 CPU对整个计算机系统的运行是极其重要的，它具有如下四方面的基本功能： ★ 指令控制 　　程序的顺序控制称为指令控制。 ★ 操作控制 　　一条指令的功能往往是由若干个操作信号的组合来实现的，因此，CPU管理并产生由内存取出的每条指令的操作信号，把各种操作信号送往相应的部件，从而控制这些部件按指令的要求进行动作。 ★ 时间控制 　　对各种操作实施时间上的定时称为时间控制。 ★ 数据加工 　 数据加工就是对数据进行算术运算和逻辑运算处理。 5.1.2 CPU的基本组成 CPU的由运算器、Cache和控制器三大部分组成。 5.1.3 CPU中的主要寄存器 通用寄存器组 在CPU中至少要有六类寄存器。 这些寄存器用来暂存一个计算机字。根据需要，可以扩充其数目。 1.数据缓冲寄存器（DR, MBR） 2.指令寄存器（IR） 3.程序计数器（PC, IP） 4.地址寄存器（AR, MAR） 5.累加寄存器（AC） 6.状态条件寄存器（PSW, CCR） C, V, Z, S(N), P; T, I 5.1.4 操作控制器与时序产生器 信息从什么地方开始，中间经过哪个寄存器或多路开关，最后传送到哪个寄存器，都要加以控制。在各寄存器之间建立数据通路的任务，是由称为操作控制器的部件来完成的。 操作控制器的功能，就是根据指令操作码和时序信号，产生各种操作控制信号，以便正确地建立数据通路，完成某种运算等，从而完成取指令和执行指令的控制。 数据通路是许多寄存器之间传送信息的通路。 5.1.4 操作控制器与时序产生器 根据设计方法不同，操作控制器可分为时序逻辑型、存储逻辑型、时序逻辑与存储逻辑结合型三种。 1.硬布线控制器 　　采用时序逻辑技术来实现操作控制器 2.微程序控制器 　　采用存储逻辑来实现操作控制器 3.前两种方式的组合 5.2 指令周期 5.2.1? 指令周期的基本概念 5.2.2? 非访内指令的指令周期 5.2.3? 取数指令的指令周期 5.2.4? 存数指令的指令周期 5.2.5? 空操作指令和转移指令的指令周期 5.2.6? 五条指令的取指和执行过程 5.2.7? 用方框图语言表示指令周期 5.2.1? 指令周期的基本概念 指令周期：CPU从内存取出一条指令并执行这条指令的时间总和。 CPU周期：又称机器周期，CPU访问一次内存所花的时间较长，因此用从内存读取一条指令字的最短时间来定义。 时钟周期：通常称为节拍脉冲或T周期。一个CPU周期包含若干个时钟周期。 5.2.2? 非访内指令的指令周期 非访内指令CLA需要两个CPU 周期，如下图 CLA指令 5.2.3? 取数指令的指令周期 取数指令ADD的指令周期由三个CPU周期组成，如下图 ADD指令 5.2.4? 存数指令的指令周期 存数指令STA的指令周期由三个CPU周期组成，如下图 STA指令 5.2.5?空操作指令和转移指令的指令周期 空操作指令“NOP”指令由两个CPU周期组成，NOP指令可用来调机之用。 JMP指令的指令周期由两个CPU周期组成，如图 JMP指令 5.2.6? 五条指令的取指和执行过程 　我们把前面的五条典型指令加以归纳，其取指和执行过程见CAI演示。 5.2.7? 用方框图语言表示指令周期 在进行计算机设计时，可以采用方框图语言来表示一条指令的指令周期。 方框代表一个CPU周期，方框中的内容表示数据通路的操作或某种控制操作。 菱形通常用来表示某种判别或测试，不过时间上它依附于紧接它的前面一个方框的CPU周期，而不单独占用一个CPU周期。 我们把前面的五条典型指令加以归纳，用方框图语言表示的指令周期如下： 【例1】下图为双总线结构机器的数据通路，M为主存(受R/W信