第6章中央处理器讲述资料.ppt

(2)微程序控制器将一条指令解释成控制存储器中的一段微程序，通过执行微程序完成该指令要求的操作。 微程序控制器的工作原理如下：控制器复位后将取指微指令的地址送CMAR，根据CMAR中的微地址，读取取微指令，将指令取到IR。控制器根据IR中的指令操作码形成该指令的微程序入口地址送CMAR，根据CMAR中的微地址，读取控制存储器，将微指令送入μIR。微指令的控制字段经译码器产生一组微命令，送到有关部件，控制完成一组微操作。同时，由微地址转移逻辑和微指令的下址字段共同给出下一条微指令的地址，再桉CMAR中的微地址取微指令、执行微指令……直到这条指令的全部微程序执行完毕为止，然后又自动地转入取指令微程序，开始下一条指令的执行。不断重复上述全过程，直到程序执行完毕为止。 3．什么是指令周期、机器周期(CPU周期)和T周期?指令的解释有哪3种控制方式? 答：指令周期是完成一条指令所需的时间，包括取指令、分析指令和执行指令所需的全部时间。 指令周期划分为几个不同的阶段，每个阶段所需的时间，称为机器周期，又称为CPU工作周期或基本周期。 时钟周期是时钟频率的倒数，也可称为节拍脉冲或T周期，是处理操作的最基本单位。 一个指令周期由若干个机器周期组成，每个机器周期又由若干个时钟周期组成。 指令的解释有组合逻辑控制方式、PLA控制方式和微程序控制方式3种。 4.简述组合逻辑控制器和微程序控制的特点及应用场合。 答：(1)组合逻辑的特点： ①组合逻辑的优点是： 由于控制器的速度取决于电路延迟，所以速度较快。 ②组合逻辑的主要缺点是： 由于将控制部件看成专门产生固定时序控制信号的逻辑电路，所以把用最少元件和取得最高速度作为设计目标。一旦设计完成，不可能通过其他的修改添加新功能。 ③组合逻辑应用于精简指令系统的计算机中。 (2)微程序控制的特点： ①微程序控制的主要优点是：同组合逻辑控制器相比，微程序控制具有规整性、灵活性、可维护性等一系列优点。②微程序控制的主要缺点是：由于微程序控制器采用了存储程序原理，所以每条指令都要从控存中取一次，所以影响了速度。③微程序控制应用于复杂指令系统的计算机中。从当前的发展趋势看，在通用CPU中，由于设计上的困难和差错，单纯采用硬连线方式并不好控制，所以硬连线很少使用。同时单纯使用微程序控制器会受到时间频率越来越高的 影响，无法取得更好的综合性能，所以也很少使用。现代通用CPU一般采用微程序控制和硬连线的结合方式构成。 5．试述控制器的基本功能及实现每一功能必须具备的相应设置的条件。 答：控制器是全机的指挥中心，其基本功能就是执行指令。指令的执行包括以下过程： (1)取指令： 根据指令计数器PC提供的地址从主存储器中读取现行指令，送到主存数据缓冲器MDR中，然后再送往CPU内的指令寄存器IR中。同时改变指令计数器的内容，使之指向下一条指令地址或紧跟现行指令的立即数或地址码。所以实现取指令的功能需设置指令计数器P和指令寄存器IR，存储器地址寄存器MAR和存储器数据缓冲器MDR。 (2)分析指令：如果采用组合逻辑控制器，则通过译码电路译出IR中指令各字段表示什么操作，并在时序系统的配合下产生该指令对应的微操作命令序列；如采用微程序控制器，则可根据指令的操作码与标志位转向控制存储器取出对应的微程序， 由微指令提供微操作命令序列。 所以实现分析指令的功能需设置译码电路、时序系统和微操作命令产生器。 (3)执行指令：执行指令首先根据寻址方式取操作数，再根据操作码完成相应的运算，最后根据目的操作数的寻址方式存结果。 所以执行指令需设置运算部件ALU和一些暂存器。 6．试述运算器组成所需的部件及各部件的功能： 答：运算器由算术逻辑单元(ALU)、通用寄存器、程序状态字寄存器、数据暂存器，移位器等组成。它接收从控制器送来的命令并执行响应的动作，负责对数据的加工和处理。 各组成部件的作用是： (1)算术逻辑单元(ALU)：用以进行双操作数的算术逻辑运算。 (2)通用寄存器组：用来存放操作数(包括源操作数、目的操作数及中间结果)和各种地址信息等。 (3)暂存器：暂存器用来暂存从主存储器读出的数据，这个数据是不能存放在通用寄存器中的，否则会破坏其原有的内容。在ALU输出端设暂存器存放运算结果。 (4)程序状态字寄存器(PSW)：保留由算术逻辑运算指令或测试指令的结果建立的各 种状态信息。 (5)移位器：对运算结果进行移位运算。 7．能否说机器的主频最快，机器的速度就最快?为什么? 答：不能。因为计算机的运算速度首先与主频有关，主频越高运算速度越快；其次是字长，字长越长，单位时间内完成的数据运算就越多，运算速度就越快；最后是计算机的体系结构，体系结构合理，同样器件的整机速