第6节 中央处理器.ppt

第6章 中央处理器（CPU）是整个计算机的核心，它包括运算器和控制器。本章着重讨论CPU的功能和组成，控制器的工作原理和实现方法，微程序控制原理，基本控制单元的设计以及先进的CPU系统设计技术。 6.1 中央处理器的功能和组成 6.1.1 CPU的功能 计算机的工作过程就是程序的运行过程，也就是在控制器的控制下逐条执行程序中各指令的过程。在程序运行过程中，在各部件之间流动的指令和数据形成了指令流和数据流。 指令流指的是处理器执行的指令序列，数据流指的是根据指令操作要求依次存取数据的序列。 6.1 中央处理器的功能和组成 6.1 中央处理器的功能和组成 6.1 中央处理器的功能和组成 6.1.2 CPU中的主要寄存器 CPU中的主要寄存器是用来暂时保存在运算和控制过程中的中间结果、最终结果以及控制、状态信息的，它又可分为通用寄存器和专用寄存器两种。 　1、通用寄存器 　通用寄存器可用来存放原始数据和运算结果，有的还可以作为变址寄存器、计数器、地址指针等。通用寄存器一般可以由CPU直接访问。 6.1 中央处理器的功能和组成 2、专用寄存器  专用寄存器是专门用来完成某一种特殊功能的寄存器。CPU中至少要有五个专用的寄存器。它们是：程序计数器（PC）、指令寄存器（IR）、存储器地址寄存器（MAR）、存储器数据寄存器（MDR）、状态标志寄存器（PSWR）。 6.1 中央处理器的功能和组成 ⑴ 程序计数器 程序计数器用来存放正在执行的指令地址或接着要执行的下条指令地址。 对于顺序执行的情况，PC的内容应不断地增量（加“1”），以控制指令的顺序执行。 在遇到需要改变程序执行顺序的情况时，将转移的目标地址送往PC，即可实现程序的转移。在有些情况下除需要改变PC的内容外，还需要保留PC过去的内容，以便返回时使用。 6.1 中央处理器的功能和组成 ⑵ 指令寄存器 指令寄存器用来存放从存储器中取出的指令。当指令从主存取出暂存于指令寄存器之后，在执行指令的过程中，指令寄存器的内容不允许发生变化，以保证实现指令的全部功能。 ⑶ 存储器数据寄存器 存储器数据寄存器用来暂时存放由主存储器读出的一条指令或一个数据字；反之，当向主存存入一条指令或一个数据字时，也暂时将它们存放在存储器数据寄存器中。 6.1 中央处理器的功能和组成 ⑷ 存储器地址寄存器 存储器地址寄存器用来保存当前CPU所访问的主存单元的地址。由于主存和CPU之间存在着操作速度上的差别，所以必须使用地址寄存器来保持地址信息，直到主存的读/写操作完成为止。 当CPU和主存进行信息交换，无论是CPU向主存存/取数据时，还是CPU从主存中读出指令时，都要使用存储器地址寄存器和数据寄存器。 6.1 中央处理器的功能和组成 ⑸ 状态标志寄存器 状态标志寄存器用来存放程序状态字的。程序状态字的各位表征程序和机器运行的状态，是参与控制程序执行的重要依据之一。它主要包括两部分内容：一是状态标志，如：进位标志（C）、结果为零标志（Z）等，大多数指令的执行将会影响到这些标志位；二是控制标志，如：中断标志、陷阱标志等。 8086的状态标志寄存器共16位，包括九个标志位，其中六个为状态标志，三个为控制标志。 6.1 中央处理器的功能和组成 6.1 中央处理器的功能和组成 6.1.3 CPU的组成 6.1 中央处理器的功能和组成 控制器的主要功能有： ⑴从主存中取出一条指令，并指出下一条指令在主存中的位置。 ⑵对指令进行译码或测试，产生相应的操作控制信号，以便启动规定的动作。 ⑶指挥并控制CPU、主存和输入/输出设备之间的数据流动方向。 运算器的主要功能有： ⑴执行所有的算术运算； ⑵执行所有的逻辑运算，并进行逻辑测试。 6.1 中央处理器的功能和组成 6.1.4 CPU的主要技术参数 1.字长 CPU的字长是指在单位时间内同时处理的二进制数据的位数。CPU按照其处理信息的字长可以分为：8位CPU、16位CPU、32位CPU以及64位CPU等。 6.1 中央处理器的功能和组成 3.外部工作频率 　 CPU除了主频之外，还有另一种工作频率，称为外部工作频率，它是由主板为CPU提供的基准时钟频率。 6.1 中央处理器的功能和组成 6.1 中央处理器的功能和组成 4. 前端总线频率 前端总线（Front Side Bus）