中央处理器功能组成.pptxVIP

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北京理工大学计算机学院第6章中央处理器

北京理工大学计算机学院第6章中央处理器(CPU)是整个计算机的核心,它包括运算器和控制器。本章着重讨论CPU的功能和组成,控制器的工作原理和实现方法,微程序控制原理,基本控制单元的设计以及先进的CPU系统设计技术。

北京理工大学计算机学院第6章6.1中央处理器的功能和组成6.2控制器的组成和实现方法6.3时序系统与控制方式6.4微程序控制原理6.5控制单元的设计6.6流水线技术6.7精简指令系统计算机

北京理工大学计算机学院6.1中央处理器的功能和组成6.1.1CPU的功能计算机的工作过程就是程序的运行过程,也就是在控制器的控制下逐条执行程序中各指令的过程。在程序运行过程中,计算机的各部件在控制器的控制下有条不紊地工作,在各部件之间流动的指令和数据形成了指令流和数据流。需要注意的是,这里的指令流和数据流都是程序运行的动态概念,它不同于程序中静态的指令序列,也不同于存储器中数据的静态分配序列。指令流指的是处理器执行的指令序列,数据流指的是根据指令操作要求依次存取数据的序列。

北京理工大学计算机学院6.1中央处理器的功能和组成从程序运行的角度来看,控制器的基本功能是对指令流和数据流在时间与空间上实施正确的控制。对指令流的控制:指令流出的控制指令分析与执行的控制指令流向的控制

北京理工大学计算机学院6.1中央处理器的功能和组成对数据流的控制主要应包括对数据的流入与流出的控制;对数据变换、加工等操作的控制。对于冯·诺依曼结构的计算机而言,数据流是根据指令流的操作而形成的,也就是说数据流是由指令流来驱动的。

北京理工大学计算机学院6.1中央处理器的功能和组成6.1.2CPU中的主要寄存器CPU中的主要寄存器是用来暂时保存在运算和控制过程中的中间结果、最终结果以及控制、状态信息的,它又可分为通用寄存器和专用寄存器两种。1.通用寄存器

通用寄存器可用来存放原始数据和运算结果,有的还可以作为变址寄存器、计数器、地址指针等。通用寄存器一般可以由CPU直接访问。

北京理工大学计算机学院6.1中央处理器的功能和组成2.专用寄存器

专用寄存器是专门用来完成某一种特殊功能的寄存器。CPU中至少要有五个专用的寄存器。它们是:程序计数器(PC)、指令寄存器(IR)、存储器地址寄存器(MAR)、存储器数据寄存器(MDR)、状态标志寄存器(PSWR)。

北京理工大学计算机学院6.1中央处理器的功能和组成(1)程序计数器程序计数器用来存放正在执行的指令地址或接着要执行的下条指令地址。对于顺序执行的情况,PC的内容应不断地增量(加“1”),以控制指令的顺序执行。在遇到需要改变程序执行顺序的情况时,将转移的目标地址送往PC,即可实现程序的转移。在有些情况下除需要改变PC的内容外,还需要保留PC过去的内容,以便返回时使用。

北京理工大学计算机学院6.1中央处理器的功能和组成(2)指令寄存器指令寄存器用来存放从存储器中取出的指令。当指令从主存取出暂存于指令寄存器之后,在执行指令的过程中,指令寄存器的内容不允许发生变化,以保证实现指令的全部功能。(3)存储器数据寄存器存储器数据寄存器用来暂时存放由主存储器读出的一条指令或一个数据字;反之,当向主存存入一条指令或一个数据字时,也暂时将它们存放在存储器数据寄存器中。

北京理工大学计算机学院6.1中央处理器的功能和组成(4)存储器地址寄存器存储器地址寄存器用来保存当前CPU所访问的主存单元的地址。由于主存和CPU之间存在着操作速度上的差别,所以必须使用地址寄存器来保持地址信息,直到主存的读/写操作完成为止。当CPU和主存进行信息交换,无论是CPU向主存存/取数据时,还是CPU从主存中读出指令时,都要使用存储器地址寄存器和数据寄存器。

北京理工大学计算机学院6.1中央处理器的功能和组成(5)状态标志寄存器状态标志寄存器用来存放程序状态字的。程序状态字的各位表征程序和机器运行的状态,是参与控制程序执行的重要依据之一。它主要包括两部分内容:一是状态标志,如:进位标志(C)、结果为零标志(Z)等,大多数指令的执行将会影响到这些标志位;二是控制标志,如:中断标志、陷阱标志等。8086的状态标志寄存器共16位,包括九个标志位,其中六个为状态标志,三个为控制标志。

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