第6章中央处理器CPU.ppt

本章概述 (1)微处理器的构成 ?运算器 ?控制器 (2）计算机工作过程 加电 →产生RESET→执行程序→停机→停电 (3)核心内容 ?程序是如何执行的 ?计算机是怎么样实现各条指令的功能 ?如何保证指令的连续运行过程。 本次课内容提要 计算机的硬件系统 Intel 80386微机系统的组成 80386结构及外部连线 处理器结构 控制器的结构 功能 控制器结构 指令执行过程 1. Intel 80386 微机系统 2. 80386 结构及外部连线 Intel 80386的结构 包括指令部件： 取指、译码、产生控制信号； 执行部件： ALU、乘法部件、寄存器组； 存储管理部件： 用来确定存储器地址。 3、处理器的结构 寄存器组织 Intel8086寄存器组织 1 控制器的功能 2、控制器的组成 控制器基本组成框图 3、指令执行过程: 加法 指令执行过程:条件转移 4、指令执行步骤与信息流动图示 6.3 微程序控制计算机的基本工作原理 6.3.1 微程序控制的基本概念 1.微命令与微操作 微命令:构成控制信号序列的最小单位。 微操作：控制器中执行部件接受微指令后所进行的操作。 2.微指令和微程序 微指令:在机器的一个节拍中,一组实现一定操作功能的微命令,或者说,控制存储器中每个单元存放的微命令信息组成一条微指令. 微程序:由微指令组成的序列称为微程序,一个微程序的功能对应一条机器指令的功能. 6.3.2 实现微程序控制的基本原理 1．控制信号 假设ALU可以进行加（＋）、减（一）、逻辑加（V）逻辑乘（A）四种运算，根据CPU控制线路图上的各个控制信号（图6.8）可以得到控制信号一览表（表6.1）。 图6.8 CPU（运算控制器）逻辑框图 6.3.2 实现微程序控制的基本原理 （1）取指微指令 ①指令地址送地址总线：PC→AB（1） ②发访存控制命令：ADS（21），M/IO=1（22），W/R=0（23）。从存储器取指令送数据总线。 ③指令送指令寄存器：DB→1R（5） ④程序计数器＋1：PC＋1（3） （2）计算地址微指令 ①取两个源操作数（计算地址用）: rs1→GR（8），（rsl）→ALU（10），disp→ALU（4）。 ②加法运算：“+”（13）。 ③有效地址送地址寄存器: ALU～AR（19）。 6.3.2 实现微程序控制的基本原理 （3）取数微指令 ①数据地址送地址总线：AR→AB（20）。 ②发访存控制命令：ADS（21），M/IO=1（22），W/R=0（23）。由存储器将数据送数据总线DB。 ③数据送数据寄存器：DB→DR（6） （4）加法运算和送结果微指令 ①两源操作数送ALU：rs→GR（9），（rs）→ALU（11）；DR→ALU（12）。 ②加法运算：“+”（13） ③送结果： rd→GR（9）， ALU→GR（17） 6.3.2 实现微程序控制的基本原理 产生上述信号微指令的组织 微指令最简单的组成形式是将每个控制信号用一个控制位来表示，当该位为“1”时，定义为有控制信号，当该位为“0”时，没有控制信号。M/IO、W/R 则根据是访问存储器还是外部设备，是写还是读而设置成“1”或“0”。 由于共有23个控制信号，所以总共有23个控制位，如控制存储器容量为4K字，则每条微指令还需要12位来表示下址。微指令格式可表示如下： 6.3.2 实现微程序控制的基本原理 加法指令的四条微指令编码 每一小格表示一位（二进制），空格表示0，第24位到第35位为下址。 6.3.2 实现微程序控制的基本原理 微程序也可以用流程图来表示 每一方框表示一条微指令，方框上方表示的是该条微指令的地址，方框内为执行的操作，在其右下角为下一条要执行的微指令的地址。 6.3.2 实现微程序控制的基本原理 2．微程序控制器 微程序控制器的的基本工作原理如下： 指令取入IR中，根据译码器得到相应指令的第一条微指令的地址。 指令译码部件可用只读存储器组成，将操作码作为只读存储器的输入地址，该单元内容就是相应微指令的在控制存储器中的地址。 微指令分为两部分： 控制字段产生控制信号； 下址字段指出下一条微指令的地址。 6.3.2 实现微程序控制的基本原理 3．