计算机中央处理器.ppt

第三章中央处理器3.1CPU内部的组成中央处理器简称CPU，是计算机系统的核心。主要功能：程序的执行，信息的处理，I/O设备的控制。组成：运算器，寄存器，控制器，时钟电路，（某些CPU中还包括一定容量的存储器）3.1.1运算器运算器是加工处理数据的功能部件。运算器主要由下列部件组成：算术逻辑单元（ALU）完成二进制信息定点算术运算，逻辑运算，移位操作通用寄存器和状态标志寄存器存放数据，运算的中间、最后结果，各种状态标志有的CPU中包含浮点处理单元算术逻辑单元和通用寄存器的位数决定了CPU的字长。3.1.2寄存器组（Register）寄存器：是CPU中的重要组成部分，是CPU内部的临时存储单元。存放内容：数据、地址、控制信息、CPU的工作状态信息。寄存器增加可以提高CPU运行速度。分类：数据寄存器、地址寄存器、标志状态寄存器、控制寄存器和一些其它作用的寄存器。但总体可分为通用寄存器和专用寄存器两大类。一、通用寄存器组——在运算中存储数据与地址 累加寄存器AC（Accumulater） 低位累加器LAC（LoworderAccumulater） 变址寄存器XR（IndexRegister） 基址寄存器BR（BaseRegister） 标志寄存器FR（FlagRegister）以Intel80486为例(32位)，其通用寄存器有： EAX,EBX,ECX,EDX,EBP,ESP,ESI,EDI(早期16位机器为AX,BX,CX,DX,BP,SP,SI,DI) CS，DS，ES，SS，FS，GS(早期16位机器只有前4个）状态标志寄存器（FlagRegister）

——用于存放ALU工作时产生的状态信息。状态标志寄存器也叫标志寄存器。每一位单独使用，称为标志位。它反映了ALU当前的工作状态或条件转移指令的转移条件。具体常用如下：指令寄存器IR（InstructionRegister）——用于存放将要执行的指令。指令指针计数器IP，又称指令计数器。——用于产生和存放下条待取指令的地址。堆栈指针寄存器SP——指示堆栈栈顶的地址。变址寄存器——变址寻址中存放基础地址的寄存器段地址寄存器——计算机内存大时多把内存存储空间分成段(例如64KB)来管理，使用时以段为单位进行分配。段地址寄存器即是在段式管理中用来存放段地址的寄存器。三、其他寄存器

——根据CPU结构特点而设置的专用寄存器。Intel80486设有下列专用寄存器：机器状态字寄存器MSW描述符寄存器——存储管理。测试寄存器——用于存储管理。控制寄存器调试寄存器——用于程序调试。3.1.3控制器一、控制器的组成控制器是指挥与控制整台计算机各功能部件协同工作、自动执行计算机程序的部件。它把运算器和存储器以及I/O设备组成一个有机的系统。控制器的作用是控制程序（即指令）的有序执行。基本功能：取指令、分析解释指令、执行指令。（包括控制程序和数据的输入输出、以及对异常情况和特殊请求的处理）组成：一般由指令指针寄存器IP、指令寄存器IR、指令译码器ID、控制逻辑电路和时钟控制电路等组成。二、控制逻辑电路的实现

——微程序控制和硬布线逻辑 控制逻辑电路用来管理执行每条指令时所产生的一系列基本动作。指挥各部件协同动作完成指令规定的功能。微程序控制——固化软件的微程序控制方法优点：充分利用当前系统的硬件，指令修改调试方便。缺点：每条指令由多条微指令实现，多次访问控制存储器缓慢费时。CISC计算机和486以下微机多用。硬布线控制逻辑——硬件控制指令执行的方法 通过硬件逻辑电路之间的直接连线来产生计算机各部分操作所需要的控制信号。精简指令系统计算机采用。 优点：速度快 缺点：不容易修改和扩展三、时钟控制电路

——为每条指令按时间顺序执行提供基准信号。时钟控制电路由时钟脉冲发生器(石英晶体振荡器)和启停控制电路组成。石英晶体振荡器产生一定频率的时钟脉冲信号，作为整个机器的时间基准源。称为主机振荡频率，简称主频。主频的高低取决于这台计算机的CPU的适应能力。时钟周期：主频的倒数,表示相邻脉冲的时间间隔。指令周期：执行一条指令所需要的时间。CPU周期（机器周期）：将指令周期划分成几