计算机组成原理课件第８章CPU的结构和.ppt

第８章 CPU 的结构和功能 8.1 CPU 的结构 8.2 指 令 周 期 8.3 指 令 流 水 8.4 中断系统 2. 运算流水线 完成 浮点加减 运算 可分 对阶、尾数求和、规格化 三段 分段原则 每段 操作时间 尽量 一致 锁存器 对阶功能部件 第一段 尾数加部件 锁存器 第二段 规格化部件 锁存器 第三段 8.3 一、概述 1. 引起中断的各种因素 (1) 人为设置的中断 (2) 程序性事故 如 转管指令 溢出、操作码不能识别、除法非法 (5) 外部事件 (4) I/O 设备 (3) 硬件故障 用 键盘中断 现行程序 转管指令 … … 管理程序 2. 中断系统需解决的问题 (1) 各中断源 如何 向 CPU 提出请求 ？ (2) 各中断源 同时 提出 请求 怎么办 ？ (5) 如何 寻找入口地址 ？ (4) 如何 保护现场 ？ (3) CPU 什么 条件、什么 时间、以什么 方式 响应中断 ？ (6) 如何 恢复现场，如何 返回 ？ (7) 处理中断的过程中又 出现新的中断 怎么办 ？ 硬件 ＋ 软件 8.4 二、中断请求标记和中断判优逻辑 1. 中断请求标记 INTR 一个请求源 一个 INTR 中断请求标记触发器 多个INTR 组成 中断请求标记寄存器 INTR 分散 在各个中断源的 接口电路中 INTR 集中 在 CPU 的中断系统 内 1 2 3 4 5 n 掉电 过热 阶上溢 主存读写校验错 非法除法 键盘输入 打印机输出 8.4 2. 中断判优逻辑 ① 分散 在各个中断源的 接口电路中 链式排队器 ② 集中 在 CPU 内 (1) 硬件实现（排队器） 1 1 1 1 1 参见 第五章 INTR1 INTR2 INTR3 INTR4 INTR1 、 INTR2 、 INTR3 、 INTR4 优先级 按 降序 排列 INTP1 INTP2 INTP3 INTP4 8.4 1 INTP1 1 INTP2 1 INTP3 1 INTP4 INTR1 INTR2 INTR3 INTR4 INTR1 INTR2 INTR3 INTR4 1 1 1 1 INTP1′ INTP2′ INTP3′ INTP4′ INTR2 INTR1 INTR1 INTR2 5.5 1 INTP2 2. 排队器 排队 在 CPU 内或在接口电路中（链式排队器） 硬件 软件 详见第八章 A、B、C 优先级按 降序 排列 (2) 软件实现（程序查询） 否 … 是否 A 请求？ 是否 B 请求？ 是否 C 请求？ 转 A 的服务程序 入口地址 转 B 的服务程序 入口地址 转 C 的服务程序 入口地址 是 是 是 否 否 8.4 三、中断服务程序入口地址的寻找 1. 硬件向量法 入口地址 200 入口地址 300 入口地址 400 12 H 13 H 14 H 主存 12 H 13 H 14 H JMP 200 JMP 300 JMP 400 主存 向量地址 形成部件 … … 中断向量 排队器输出 向量地址 12H、13H、14H 入口地址 200、 300、 400 8.4 2. 软件查询法 M JMP 1# SR 1# D = 1 转1# 服务程序 SKP DZ 2# JMP 2# SR 2# D = 0 跳 2# D = 1 转2# 服务程序 SKP DZ 8# JMP 8# SR 8# D = 0 跳 8# D = 1 转8# 服务程序 八个中断源 1，2， 8 按 降序 排列 … … 8.4 SKP DZ 1# 1# D = 0 跳 过一条指令 中断识别程序（入口地址 M） 地 址 说 明 指 令 四、中断响应 1. 响应中断的 条件 允许中断触发器 EINT = 1 2. 响应中断的 时间 指令执行周期结束时刻由CPU 发查询信号 CPU 中断查询 INTR1 D Q INTR2 D Q INTRn D Q 中断源 1 中断源 2 中断源 n … 至排队器 8.4 * 8.1 CPU 的结构 8.3 指令流水 8.2 指令周期 8.4 中断系统 一、 CPU 的功能 取指令 分析指令 执行指令，发出各种操作命令 控制程序输入及结果的输出 总线管理 处理异常情况和特殊请求 1. 控制器的功能 2. 运算器的功能 实现算术运算和逻