组成第十一讲--中央处理器的功能及结构.pptx

中央处理器的功能及结构;什么是cpu？;; CPU的基本功能;1）程序控制 ;2）操作控制 ;3）时间控制 ;4）数据加工;CPU的基本组成;CPU主要组成部分的逻辑结构 ;1．控制器 ;;2．运算器;;三、CPU中的主要寄存器 各种计算机的CPU可能有这样或那样的不同，但是在CPU中至少要有六类寄存器，如上图所示。 这些寄存器是： (1)指令寄存器(IR)； (2)程序计数器(PC)； (3)地址寄存器(AR)； (4)缓冲寄存器(DR)；(5)累加寄存器(AC)； (6)状态条件寄存器(PSW)。 上述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。下面详细介绍这些寄存器的功能与结构。;1. 数据寄存器;2. 指令寄存器;3. 程序计数器;4. 地址寄存器;5. 累加寄存器;6. 程序状态字寄存器;四、操作控制器与时序产生器 从上面叙述可知，CPU中的6类主要寄存器，每一个完成一种特定的功能。然而信息怎样才能在各寄存器之间传送呢?也就是说，数据的流动是由什么部件控制的呢? ;1．微操作与数据通路;;2．操作控制器;;3．时序发生器;下图示出了微程序控制器中使用的时序信号产生器的结构图;1. 时钟源;2. 环形脉冲发生器;;;;3. 节拍脉冲和读/写时序的译码;计算机组成原理;;4. 启停控制逻辑;;;;;2. 80386结构及外部连线 Intel 80386包括指令部件、执行部件和存储管理部件等。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、寄存器组等；存储管理部件用来确定存储器地址。;;CPU的基本工作是执行预先存储的指令序列（即程序） 程序的执行过程实际上是不断地取出指令、分析指令、执行指令的过程 CPU从存放程序的主存储器里取出一条指令 译码并执行这条指令 保存执行结果 紧接着又去取指令，译码，执行指令…… 如此周而复始，反复循环，使得计算机能够自动地工作 除非遇到停机指令，否则这个循环将一直进行下去;指令的执行过程;;1．取指令阶段;2．指令译码阶段;;3．执行指令阶段;;4．访存取数阶段;5．结果写回阶段;;指令周期; 计算机所以能自动地工作，是因为CPU能从存放程序的内存里取出一条指令并执行这条指令；紧接着又是取指令，执行指令……，如此周而复始，构成了一个封闭的循环。除非遇到停机指令，否则这个循环将一直继续下去，其过程如下图所示。 动画 ;CPU每取出并执行一条指令，都要完成一系列的操作，这一系列操作所需的时间通常叫做一个指令周期。更简单地说，指令周期是取出并执行一条指令的时间。由于各种指令的操作功能不同，有的简单，有的复杂，因此各种指令的指令周期是不尽相同的。例如，一条访内指令的指令周期，同一条非访内指令的指令周期是不相同的。 指令周期常常用若干个CPU周期数来表示，CPU周期也称为机器周期。由于CPU内部的操作速度较快，CPU访问一次内存所花的时间较长，因此通常用内存中读取一个指令字的最短时间来规定CPU周期。这就是说，一条指令的取出阶段(通常称为取指)需要一个CPU周期时间。而一个CPU周期时间又包含有若干个时钟周期(通常称为节拍脉冲或T周期，它是处理操作的最基本单位)。这些时钟周期的总和则规定了一个CPU周期的时间宽度。;定长指令周期和不定长指令周期;取出和执行任何一条指令所需的最短时间为两个CPU周期。就是说，任何一条指令，它的指令周期至少需要两个CPU周期，而复杂一些的指令周期，则需要更多的CPU周期。但必须指出，对CPU周期的规定在各种计算机中不尽相同。下表列出了由五条指令组成的一个简单程序。 这五条指令是有意安排的，因为它们是非常典型的。其中CLA指令是非访内指令，ADD指令和STA指令是访内指令，NOP指令也是一条非访内指令，而JMP指令则是程序控制指令。我们将在下面通过CPU执行这一程序的过程，或者说通过每一条指令取指阶段与执行阶段的分解动作，来具体认识每一条指令的指令周期 ;非访内指令的指令周期 ? CLA是一条非访内指令，其指令周期如下图所示。 它需要两个CPU周期，其中取指令阶段需要一个CPU周期，执行指令阶段需要一个CPU周期。 在第一个CPU周期，即取指令阶段，CPU完成三件事：(1)从内存取出指令；(2)对程序计数器PC加1，以便为取下一条指令做好准备；(3)对指令操作码进行译码或测试，以便确定进行什么操作。 在第二个CPU周期，即执行指令阶段，CPU根据对指令操作码的译码或测试，进行指令所要求的操作。对非访内指令来说，执行阶段通常涉及到累加器的内容，如累加器内容清零、累加器内容求反等操作。显然，其他一些零地址格式的指令，执行阶段一般也仅需要一个CPU周期。;1. 取指令阶段 我们假定上表的程序已装入内存中，因而在此