中央处理单元CPU1.ppt

* * * * （1）程序计数器（PC），是用于提供指令在内存中的地址的部件，即服务于读取指令，能够接收下一条要执行的指令的地址。 （2）指令寄存器（IR），是用于保存从内存读来的指令内容的部件，能够提供本指令执行的整个过程中要用到的指令本身的主要信息（指令操作码和形式地址）。 （3）指令执行的步骤标记线路，用于标记出每条指令的各个执行步骤的相对次序关系，保证每一条指令按设定的步骤序列依次执行。 （4）全部时序控制信号的产生部件，它依据指令操作码、指令的执行步骤（时刻），也许还有些别的什么条件信号，来形成或提供出本时刻计算机各个部件要用到的控制信号。计算机整机各硬件系统，正是在这些信号控制下协同运行，执行指令，产生预期的执行结果。 依据前述控制器最后两个组成成分的具体组成与运行原理不同，通常把控制器区分为微程序的控制器和硬连线的控制器两大类。 * 5.3 微程序控制器原理 微操作：在计算机中，一条机器指令的功能是通过按一定次序执行一系列基本操作完成的，这些最基本的控制命令称为微操作。是计算机中最简单（不能再分解）的操作，如打开某一个控制门、寄存器的清除脉冲等。 微指令：在微程序控制的计算机中，同时发出的控制信号所执行的一组微操作称为微指令。组成微指令的微操作，又称微命令。 一条机器指令分成若干条微指令，按次序执行这些微指令，就可以实现指令的功能。 5.3.1 微程序控制的基本思想 1. 几个概念 * 控制存储器：微程序事先存放在专用的存储器中。由于该存储器主要存放控制命令（信号）与下一条执行的微指令地址（简称为下址），所以被叫做控制存储器。 一般计算机指令系统是固定的，所以实现指令系统的微程序也是固定的，控制存储器可用只读存储器实现。 机器内控制信号数量多，再加上决定下址的地址码有一定宽度，所以控制存储器的字长比机器字长要长得多。 控制存储器的容量取决于实现指令系统所需要的微程序长度。 微程序：计算机每条指令的功能均由微指令序列解释完成，这些微指令序列的集合就叫做微程序。 * 2.微程序控制的基本思想 若干微命令编制成一条微指令，控制实现一步操作。 若干微指令组成一段微程序，解释执行一条机器指令。 微程序事先存放在控制存储器中，执行机器指令时再取出。执行一条指令实际上就是执行一段存放在控制存储器中的微程序。 CPU的构成 引入了程序技术，使设计规整； 引入了存储逻辑，使功能易于扩展。 * 5.3.2 微程序控制器组成原理 微地址 形成电路 IR PSW PC 微地址寄存器 μAR 控制存储器 CM 译码器 微命令序列 微命令字段 微地址字段 μIR 组成：IR、PC、PSW、时序系统等部件，控制存储器（CM） 、微地址形成电路、微地址寄存器（μAR）、微指令寄存器（μIR）及译码电路等。 * 1.主要部件 （1）控制存储器CM 功能： 存放微程序。 CM属于CPU，不属于主存储器。 （2）微指令寄存器 μIR 功能： 存放 现行微指令——当前正执行的微指令。 微命令字段： 提供一步操作所需的微命令。 微地址字段： 指明后续微地址的形成方式。 提供微地址的给定部分。 (微操作控制字段) (顺序控制字段) * （3）微地址形成电路 功能： 提供两类微地址。 微程序入口地址： 后续微地址： 由微地址字段、现行微地址、运行状态等形成。 由机器指令操作码形成。 2.工作过程 微地址 形成电路 IR PSW PC 微地址寄存器 μAR 控制存储器 CM 译码器 微命令序列 微命令字段 微地址字段 μIR 取指微指令 （1）取机器指令 CM 取指微指令 μIR 控制存储器 取指微指令 微命令字段 微地址字段 译码器 微命令序列 IR 微命令字段 译码器 控制存储器 微命令 主存 机器指令 微命令字段 微地址字段 IR 译码器 微命令序列 （2）转微程序入口 IR 操作码 微地址形成电路 入口 μAR 微命令字段 CM 首条微指令 微地址 形成电路 IR PSW PC 微地址寄存器 μAR 控制存储器 CM 译码器 微命令序列 微命令字段 微地址字段 μIR 取指微指令 控制存储器 取指微指令 微命令字段 微地址字段 译码器 微命令序列 IR 控制存储器 微命令字段 微地址字段 译码器 微命令序列 微地址 形成电路 IR 微地址寄存器 微地址 形成电路 控制存储器 微地址寄存器 微命令字段 微地址字段 （3）执行首条微指令 控制存储器 译码器 μIR μIR 译码器 微命令字段 微地址字段 微命令序列 微命令 操作部件 微地址