第2章 计算机系统的硬件 - 2.1-2.2 4节.ppt

a.组成： 算术逻辑单元（ALU）主要由加法器所组成。 若CPU字长为16位,则该加法器至少由16个全加器组成 b.全加器: 一种能够实现一位二进制数相加的逻辑部件(P37）. c.功能: 实现算术运算（加、减、乘和除）和各种逻辑运算(与,或,非和异或). 2.通用寄存器组（R1-R4） a.组成： 通用寄存器组（R1-R4）由若干位触发器所组成。 若CPU字长为16位,则R1-R4寄存器分别由16个触发器组成,存放16位的二进制数. b.工作原理： 每个寄存器都有一个打入脉冲（C7-C10），在打入脉冲的作用下（高电位1有效），可将DBUS上的数据打入某一寄存器上（寄存）。 例如: C7=1(高电位有效) R1寄存DBUS数据 然后分别输出给M1,M2两个多路选择器的输入端 3.多路选择器（M1-M3） a.组成： 由与或门组成 b.工作原理： 多路当中选择一路输出 c.例 M1: A=R1·C15+R2·C14+R3·C13+R4·C12 若令控制信号C15=1,其他均为0，则： A=R1 （M2同M1） d.M3: ALU的一组输出控制门,当C23有效时,ALU的运算结果通过M3输出给DBUS进行传递 a.组成： 由若干位触发器组成，用来存放ALU运算结果的一些状态。如,结果是否全0,是否有进位等。 b.标志寄存器： 又称状态寄存器或状态控制器(PSW),为后续指令的执行提供’标志’。 基本操作举例: 1）传送操作： 将R1寄存器中的数据传送到R2寄存器 传送指令： MOV R2,R1 （R1-R2） 执行该指令时，控制器将通过CUBS发出下列有效信号：·C15=1，使R1的数据通过A组输入端进入ALU。·C20=1，使A组输入数据不经任何处理便从ALU输出。·C23=1，使R1的各位数据直送到数据总线DBUS的对应数据线上 . ·C8=1,将数据总线上的数据打入R2寄存器的对应位。 至此，便将R1的内容传送到R2中 （2）加法操作： 将R1的数据相加结果送入R2寄存器 加法指令： ADD R2，R1 （R1+ R2 - R2） 执行该指令时，控制器将通过CBUS发出下列有效信号： C15=1，使R1的数据经A组输入端进入ALUC17=1，使R2的数据经B组输入端进入ALU C21=1，在ALU中实现ADD（A+B），结果从ALU输出C23=1，将结果直送到DBUS的数据线上　　C8=1,将数据线DB15-DB0上的结果打入R2寄存器中。 到此，完成了R1+R2的加法操作。此时，R1中的被加数仍保留着，而R2的加数已被冲掉，且保存着加法结果。 结论: 不难看出，运算器实质上只是提供了各种“数据的通路”。 在不同控制信号序列的控制下，让数据从“原地址”出发， 途经不同的“通路”，到达“目标地址”，便可完成对数据的“加工”，即实现对数据的运算。 　　中央处理器中的控制器是统一指挥和控制计算机各个部件按时序协调操作的中心部件。 计算机的自动计算过程就是执行一个存入存储器的一段程序的过程，而执行程序的过程就是执行一条条指令的过程，即周而复始地按一定的时序取指令、分析指令和执行指令的过程。 由此可见，控制器应具备下列功能: 控制器功能: ①根据指令在存储器中的存放地址,从存储器中取出指令,并对该指令进行分析，以判别取出的指令是一条什么指令。 ②根据判别的结果，按一定的时序发出指令所需要的一组操作控制信号，如前所述C7，C8等控制信号。由于这些控制信号所完成的操作是计算机中最简单的“微小”操作，故称为微操作(micro operation)控制信号。这些信号通过控制总线CBUS送到计算机的运算器存储器及输入输出设备等部件。 ③当执行完一条指令后，便自动从存储器中取出下一条要执行的指令。 为了实现上述功能，控制器一般应由指令部件，时序部件和微操作控制部件等组成。 1．指令部件 　 指令部件包括： 程序计数器（PC） 指令寄存器（IR） 指令译码器（ID） 和 地址形成器等 (1)程序计数器（PC） 程序计数器（PC：Program Counter）由若干位触发器及逻辑门所组成，用来存放将要执行的指令在存储器中的存放地址。 通常，指令是按顺序