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[工学]《计算机组成原理》
《计算机组成原理及汇编语言》 (第5章) 主讲教师:曹雪梅 授课班级:09铁路通信信号(高职) 2010年11月17日 * * * * 作业: P197 5.1~5.5 备注 1.本章主要内容 2.概念导入 3.CPU的定义及主要功能 4.控制器的功能和组成 5.运算器的功能及组成 6.操作控制器的概念 7.指令的执行过程和指令周期 8.时序信号产生器和控制方式 教学步骤 及 内容提要 面授 教学方法 操作控制器、时序产生器的概念和功能 教学难点 CPU的基本功能、基本组成部件及功能;指令周期的概念 教学重点 掌握控制器、运算器的基本组成部件及功能;理解指令的执行过程,掌握指令周期的概念;掌握时序信号产生器的作用、功能和控制方式。 教学目的 4 授课学时 09通信信号(高职) 授课对象 2010年 11月17日 授课时间 第5章 中央处理器CPU §5.1 CPU的功能及结构 §5.2 指令的执行过程和指令周期 §5.3 时序信号产生器和控制方式 课题章节 呼和浩特职业学院教案首页 CPU的功能和结构 指令的执行过程和指令周期 时序信号产生器和控制方式 微程序设计技术和微程序控制器的基本概念 CPU的基本常识及Intel系列的CPU 第5章 中央处理器CPU 【本章主要内容】 计算机的工作原理 存储程序和程序控制 (1)编程 (2)通过输入设备送存储器 (3)计算机工作时是按一定的序列逐条 取出指令、分析指令和执行指令 并自动转到下一条指令执行, 直到程序规定的任务完成。 存储程序 程序控制 由CPU来完成 一、CPU的功能和结构 1.CPU的定义 用来完成自动取出指令和执行指令任务的计算机部件称为中央处理器,简称CPU。 2.CPU的功能 (1)指令控制 (2)操作控制 (3)时间控制 (4)数据加工 ——控制程序严格按照规定的顺序执行 ——控制相应部件严格按照指令的要求进行操作 ——控制各种操作的执行时间 ——对数据进行算术运算和逻辑运算 3.CPU的基本结构及功能 (1)基本组成 控制器 运算器 (控制部件) (执行部件) (2)控制器的组成和功能 ①功能 取出指令 分析指令 执行指令 ——从内存中取出当前的指令,并产生下一条 指令在内存中的地址 ——产生相应的控制信号,形成操作的有效地址 ——完成指令规定的操作 对异常情况和某些请求做好处理 ②控制器的组成部件及其作用 程序计数器(PC) 指令寄存器(IR) 地址寄存器(AR) 指令译码器(ID) 时序产生器 操作控制器 ——用来指示当前CPU正在执行的指令在内存 中的单元地址;并立即修改。 ——用来存放当前正在执行的指令代码 ——用来保存当前CPU所访问的内存单元的地址 ——对指令中的操作码字段进行分析解释, 识别指令规定的操作,发出控制信号 ——定时的作用 ——根据指令译码器的控制信号,在时序信号 的指挥下,发出各种操作控制信号,完成 指令规定的操作 操作控制器是CPU的核心部件 操作控制器根据设计方法的不同,可以分为 硬布线控制器 微程序控制器 门阵列控制器 三种 (2)运算器的组成和功能 ①功能 完成算术运算和逻辑运算 ②组成部件及其作用 算术逻辑单元(ALU) 累加存储器(AC) 数据缓冲寄存器(DR) 状态条件寄存器(PSW) ——进行数据处理 ——为ALU提供一个工作区,即存放 运算结果,简称累加器 ——缓冲作用;中转站作用;兼做寄存器 (P154) ——保存运算结果建立的各种标志 【结论】 CPU是由控制器和运算器组成的。控制器控制计算 机的运行,运算器完成对操作数据的加工处理。 CPU正常工作必须包含的部件:多个通用寄存器, 用来保存CPU运行时所需的各类数据信息或运行状态信 息;算术逻辑单元,对寄存器中的数据进行加工处理; 操作控制器,产生各种操作控制信号,以便在各寄存器 之间建立数据通路;时序产生器,对各种控制信号进行 定时,以便就想时间上的约束。(P155) 二、指令的执行过程和指令周期 1.指令的执行过程 (1)取出指令 根据PC提供的地址,从内存中读取现行指令 →DR →IR,修改PC(PC←PC+1) 送 送 (2)分析指令 (3)执行指令 通过ID译出IR中指令各字段的操作, 产生对应每一个操作的微操作命令序列 取操作数→执行操作→形成下一条指令地址 指令和数据在计算机内部均以二进制代码的形式存放在内存中。计算机是如何从时间和空间上区
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