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第六章 中央处理机组织 2011年11月28 日 南京大学计算机科学与技术系 吴楠 nwu@nju.edu.cn  指令系统的概念、作用和设计要求。  指令的格式、寻址方式和功能分类。  RISC与CISC指令。  适于多媒体应用的MMX指令。 第 四章 回顾  中央控制机（CPU）的结构、功能、时序控制方式 及指令执行过程。（重点与难点）  CPU 的3种实现方式：组合逻辑、PLA 和微程序控 制（了解）。  为提高计算机系统性能，CPU 逻辑结构的若干新技 术：VLIW、EPIC、多核多线性等。（了解） 本章主要 内容  CPU 的概念：控制并执行指令的部件，该部件不 仅要与计算机的其它功能部件进行信息交换，还要 控制它们的操作。  CPU 的基本功能：读取并执行指令，它通常包括 控制器与运算器两大部分。  MAR：主存地址寄存器；MDR：主存数据寄存器。  IR：指令寄存器；PC：程序计数器。  R —R ：通用寄存器；Y 、Z ：临时寄存器。 0 n-1  指令存放在连续的主存单元中，当未遇到转移或跳 步指令时，CPU将按照指令在主存中的存放顺序逐 条将其读出并执行。CPU用一个专门的寄存器，即 程序计数器 （PC），以存放下一条指令所在主存单 元的地址。  读取某一主存单元的内容，并将其装入某一个CPU寄存器；  把一个数据字从某一CPU寄存器存入某个给定的主存单元中；  把一个数据字从某一CPU寄存器送到另一个寄存器或者ALU ；  进行一个算术运算或逻辑运算，将结果送入某一CPU寄存器。  CPU 从内存中读取一个字（要访问的主存地址在R1中， 读出的内容放R2）： ① MAR←[R1] ② Read ③WMFC ④ R2←[MDR] WMFC ：等待MFC信号（Wait Memory Function Completed ）  CPU 把一个字写入主存（要写入的主存地址在R1中， 要写入的内容放R2）： ① MAR←[R1] ② MDR←[R2] ③Write ④WMFC  通用寄存器间传送数据（R1→R4）： ① R1out，R4in  CPU 完成算术与逻辑运算（R1 op R2 → R3）： ① R1out，Y in ② R2out，ADD ，Zin ③Zout，R3in  CPU ：控制器 + 运算器  控制器的主要任务:能够按正确的时序产生操作控制 信号。  控制器三种时序控制方式：同步、异步和联合控制 方式。  同步控制方式：控制序列中每步的执行，都由确定 的具有基准时标的时序信号来控制。每个时序信号 的结束就意味着所要求的操作已经完成。  同步方式的时序信号通常由周期、节拍和脉冲组成。  异步控制方式：按每条指令、每个操作的需要而占 用时间的一种控制方式。各操作之间是用 “结束” 或 “就绪”— “起始”的方式衔接起来的。  联合控制方式：联合控制方式是同步和异步控制方 式的结合。现代计算机大多采用同步控制方式或联 合控制方式  计算机进行信息处理的过程就是 不断地取指令、分析指令和执行 指令这样一个周而复始的过程。  对异常情况和某些请求通过中断 处理。  指令：ADD (R3), R1  执行这条指令需要下列动作 ① 取指令； ② 取第一个操作数(由R3指出的存储单元内容)； ③ 完成加法运算； ④ 结果存入R1中。  指令：ADD (R3), R1  决定CPU性能的三个重要因素：指令的功能强弱、 时钟周期的长短和执行每条指令所需时钟周期数。 ◦ 指令流水执行过程中，采用相对简单的指令会更合适。