组成原理第4章 CPU..ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * 2. 数据相关 ADD R1, R2, R3 ;??? R2＋R3→R1 SUB R4, R1, R5 ;?? R1－R5→R4 AND R6, R1, R7 ;??? R1∧R7→R0 指令发生数据相关冲突 3. 控制相关 控制相关冲突由转移指令（分支指令）引起 执行转移指令时，依据转移条件的产生结果 可能为顺序取下条指令 也可能转移到新的目标地址取指令 地址不定，流水线需要暂停、发生断流 转移指令主要有： 无条件转移指令：跳转、过程调用和返回 条件分支指令 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 算术逻辑单元 状态条件寄存器 程序计数器PC 地址寄存器AR 地址总线ABUS 数据总线DBUS 累加器AC 缓冲寄存器DR ALU 指令寄存器IR 指令译码器 操作控制器 时序产生器 时钟 状态反馈 取指控制 执行控制 c c c c +1 20 21 22 23 24 30 40 CLA ADD 30 STA 40 NOP JMP 21 000 006 000 024 JMP 21 JMP 21 000 024 000 021 000 006 000 006 000 025 000 021 取出并执行JMP指令 时序产生器和控制方式 用二进制码表示的指令和数据都放在内存里，那么CPU是怎样识别出它们是数据还是指令呢? 从时间上来说: 取指令事件发生在指令周期的第一个CPU周期中，即发生在“取指令”阶段，而取数据事件发生在指令周期的后面几个CPU周期中，即发生在“执行指令”阶段。 从空间上来说: 如果取出的代码是指令，那么一定经DR送往指令寄存器IR，如果取出的代码是数据，那么一定送往运算器。 时间控制对计算机来说是非常重要的！ [思考] 时序信号的作用和体制 计算机的协调动作需要时间标志，而且需要采用多级时序体制。而时间标志则用时序信号来体现。 硬布线控制器中，时序信号往往采用主状态周期-节拍电位-节拍脉冲三级体制。 主状态周期（指令周期）：包含若干个节拍周期，可以用一个触发器的状态持续时间来表示 节拍电位（机器周期）：表示一个CPU 周期的时间，包含若干个节拍脉冲 节拍脉冲（时钟周期）：表示较小的时间单位 微程序控制器中，时序信号则一般采用节拍电位-节拍脉冲二级体制。 节拍脉冲 节拍电位1 主状态周期 节拍电位2 主状态周期-节拍电位-节拍脉冲 数据准备好后，以电位的方式送触发器 控制信号来到后，用一个脉冲信号把数据装入触发器 数据：电位 控制信号：脉冲 节拍电位-节拍脉冲 IORQ MREQ RD WE T1 T2 T3 T4 IORQ° MREQ° RD° WE° T1° T2° T3° T4° MERQ’ IORQ’ RD’ WR’ Φ 提供频率稳定且电平匹配的方波时钟脉冲信号 由石英晶体振荡器组成 产生一组有序的间隔相等或不等的脉冲序列 启动 停机 　时序信号产生器 启停控制逻辑 节拍脉冲和读写时序译码逻辑 环形脉冲发生器 时钟脉冲源 时序产生器 一、 概念 1、时序部件：计算机的机内时钟。它用其产生的周期状态，节拍电位及时标脉冲去对指令周期进行时间划分，刻度和标定。 2、指令周期：在计算机中从指令的读取到指令的执行完成，执行一条指令所需要的时间，称为指令周期。 指令周期通常由若干个CPU周期来表示，CPU周期也称为机器周期。由于CPU内部的操作速度较快，而CPU访问一次内存所花的时间较长，通常用存储周期为基础来规定CPU周期。 时序产生器 二、3级时序信号 1、周期 （1）在一个控制阶段内均持续起作用的信号； （2）通常用周期状态寄存器来标志和指明某某周期控制； （3）指令周期可分为取指周期、分析周期、执行周期。 2、节拍 （1）把一个机器周期分成若干个相等的时间段，每一个时间段对应一个电位信号，称节拍电位； （2）一般都以能保证ALU进行一次运算操作作为一拍电位的时间宽度。 3、时标工作脉冲 （1）?及时改变标志状态； （2）?时标脉冲的宽度一般为节拍电位宽度的1/N，只要能保证所有的触发器都能可靠地，稳定地翻转即可。 时序产生器 三、3级时序信号的关系 1、一台计算机机内的控制信号一般均由若干个周期状态，若干个节拍电位及若干个时标脉冲这样3级控制时序信号定时完成。