《中央处理部件CPU》课件

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1、第6章中央处理部件（CPU）6.1计算机的硬件系统6.2控制器的组成6.3微程序控制计算机的基本工作原理6.4微程序设计技术6.5硬布线控制的计算机6.6控制器的控制方式6.7流水线工作原理6.8CPU举例思考题基本知识点：CPU的功能、组成；指令执行的周期、时序、控制方法；指令执行的流程图极为操作序列；组合逻辑控制器的设计方法；微程序控制器的有关概念，微命令的编码方法，微地址的设计技术及微程序控制器的设计过程；流水线的有关概念；CPU的系统结构。重点：指令执行的流程图及相应的微操作序列，微命令的分段直接编码，微地址的设计技术。难点：指令执行

2、的流程及微操作流程，微地址的安排，流水线的工作原理本章主要讲述CPU的组成原理，通过本章的学习掌握在计算机运行过程中各个硬件部件的作用；了解CPU中各个部件的操作过程及其实现的方法。重点讲述程序是如何执行的；计算机怎样实现各条指令的功能；如何保证逐条指令连续的执行过程。以及控制计算机运行的硬件部件，称之为控制器的部件。计算机过程描述如下：加电产生reset信号执行程序停机停电6.1计算机的硬件系统计算机的中央处理机由下述两种方法实现：(1)采用半导体公司(工厂)生产的微处理器构成通用的或专用的计算机系统以及工作站等。当前微处理器芯片已从16位

3、，32位发展到64位结构。(2)一些计算机公司采用自行设计制造的芯片来构成大、中、小型计算机的CPU。例如，IBM公司和DEC公司就是这样做的。随着用户对开放系统兴趣的增长，这两家公司也逐步走向开放。例如IBM公司也选用Intel80×86构成微机。随着VLSI的出现和发展，芯片集成度显著提高，价格不断下降，从而提高了计算机的性能价格比，使得过去在大、中型计算机中才采用的硬件技术(例如，流水线技术、并行处理技术、高速缓冲存储器(Cache)、虚拟存储器等)，下移到小型和微型计算机系统中来，因而使大、中、小、微型计算机的分界面不断发生变化，界限

4、随时代而趋向消失。一、Inter80386微机系统1、Inter80386微机系统图中各个部件的主要功能如下：（1）80386微处理器：是系统中主要的处理、控制部件，从存储器中取出的指令主要在80386中处理。（2）80384时钟发生器：机器加电时，首先由它产生整机复位信号(reset)，使计算机各个部件处于初始状态(reset作用时封锁计算机一切其他动作)，这样可防止加电时，由于寄存器处于“不定”状态而引起计算机的不可预估的操作。（3）80387协处理器：扩充了80386指令系统，主要完成浮点运算和高精度整数运算。80386自动将取得的协处

5、理器指令传送给80387。80387的数据线为32位。（4）总线控制逻辑：80386通过总线与存储器、I／O设备交换信息，相互连接情况在80386结构中讲述。（5）存储器与输入输出系统：存放数据、指令以及完成输入输出操作的系统。（6）DMA控制器及中断控制器：（7）“准备好”(ready)逻辑：二、80386结构及外部连线Intel80386包括指令部件、执行部件和存储管理部件等。指令部件完成取指及指令译码功能，并产生控制信号；执行部件包括ALU、乘法部件、寄存器组等；存储管理部件用来确定存储器地址。6.2控制器的组成一、控制器的功能控制器的

6、作用是控制程序的执行，它必须具有以下基本功能：1、取指令：发指令地址及控制信号，从程序入口取出指令。2、分析指令：又称指令译码。对当前取得指令进行分析，指出该指令完成怎样的功能，并产生相应的操作控制命令3、执行指令：根据分析指令产生的“操作命令”和操作数地址形成相应的操作控制信号序列，通过CPU及输入输出设备的执行，实现每条指令的功能。4、控制程序和数据的输入与结果输出5、对异常情况和某些请求的处理二、控制器的组成1、程序计数器（PC）：指令地址寄存器，在某些计算机中用来存放当前正在执行的指令地址；而在另一些计算机中则用来存放即将要执行的下一

7、条指令地址。2、指令寄存器（IR）：存放当前执行的指令，以便在指令执行过程中，控制完成一条指令的全部功能。3、地址寄存器（AR)：存放当前访问内存的地址。4、数据寄存器（DR)：暂存由内存读出或读入的指令或数据。5、指令译码器或操作码译码器：对指令寄存器的操作码进行分析解释，产生相应的控制信号。6、脉冲源及启停信号：时钟脉冲是机器周期和工作脉冲的基准信号，启停信号保证可靠的送出或封锁时钟脉冲，控制时序信号的发生或停止，从而起动机器工作或停机。7、时序控制信号形成部件控制器基本组成框图三、指令执行过程指令格式如下：实现（rs)+(rs1+dia

8、p)(rd)1、从存储器中取指令，送入到指令寄存器中，并进行操作码译码（分析指令），程序计数器加1，为下一条指令作准备。相应的控制信号：2、计算数据地址，将计算得到