组成原理考研辅导五.ppt

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1、一、CPU的功能取指令分析指令执行指令，发出各种操作命令控制程序输入及结果的输出总线管理处理异常情况和特殊请求1.控制器的功能2.运算器的功能实现算术运算和逻辑运算指令控制操作控制时间控制数据加工处理中断二、CPU结构框图PCIR指令控制操作控制时间控制数据加工处理中断ALU寄存器中断系统1.CPU与系统总线CU时序电路寄存器ALU中断系统CUCPU控制总线数据总线地址总线2.CPU的内部结构算术和布尔逻辑取反移位状态标志内部数据总线寄存器CU中断系统ALU控制信号…CPU1.用户可见寄存器(1)通用寄存器三、CPU的寄存器存放操作数可作某种寻址方式所需的专用寄存器(2)数据

2、寄存器存放操作数（满足各种数据类型）两个寄存器拼接存放双倍字长数据(3)地址寄存器存放地址，其位数应满足最大的地址范围用于特殊的寻址方式段基值栈指针(4)条件码寄存器存放条件码，可作程序分支的依据如正、负、零、溢出、进位等2.控制和状态寄存器(1)控制寄存器PC控制CPU操作(2)状态寄存器状态寄存器其中MAR、MDR、IR用户不可见存放条件码PSW寄存器存放程序状态字PC用户可见MARMMDRIR四、控制单元CU和中断系统1.CU产生全部指令的微操作命令序列组合逻辑设计微程序设计硬连线逻辑存储逻辑2.中断系统五、ALU（二） 指令执行过程一、指令周期的基本概念1.指令周期取

3、出并执行一条指令所需的全部时间完成一条指令执行取指、分析取指阶段取指周期执行阶段执行周期（取指、分析）（执行指令）指令周期取指周期执行周期2.每条指令的指令周期不同取指周期指令周期取指周期执行周期指令周期NOPADDmemMULmem取指周期执行周期指令周期…3.具有间接寻址的指令周期4.带有中断周期的指令周期取指周期间址周期指令周期执行周期取指周期间址周期指令周期执行周期中断周期5.指令周期流程取指周期执行周期有间址吗？有中断吗？间址周期中断周期是是否否1.取指周期数据流二、指令周期的数据流MDRCUMARPCIR存储器CPU地址总线数据总线控制总线IR+12.间址周期数据

4、流MDRCUMARCPU地址总线数据总线控制总线PCIR存储器MDR3.执行周期数据流4.中断周期数据流不同指令的执行周期数据流不同MDRCUMARCPU地址总线数据总线控制总线PC存储器MDRMDRCU(1)ADD@X取指周期PCCU发读命令1RMDROP（IR）（PC）+1PCIRPCMARACYALUZ…控制信号IRiIRiPCOPCOMARiMARiMDROMDRO…数据线数据线控制信号CPU内部总线时钟（三）数据通路的功能和基本结构地址线地址线MARMDRIRCUIRPCPCMDRMARCUIRPCPCCU(2)ADD@X间址周期MDR1RMDR有效地址Ad（IR）

5、MDROMDRO数据线数据线时钟CUIRPCMARMDRACYALUZ…控制信号…控制信号CPU内部总线MDRIRMARiMARi地址线地址线MARIRiIRiMARMDRIRMDRMDRMDROMDROMDROMDROMDRO形式地址MARCU时钟CUIRPCMARMDRACYALUZ…控制信号CPU内部总线MDROMDRO(3)ADD@X执行周期1RMDRZAC（AC）+（Y）MDR控制信号…MARMDR地址线地址线数据线数据线MARMDRYMDRMDRMDROMDROMDROMDROMDROMDROMDROYiYiYALUACACOACOALUiALUiALUALUAC

6、ZZZZOZOACiACiACACACACMARiMARiALUACCU转移指令JCA取指周期与加法指令一样执行周期(PC)→Y(C=1)Ad(IR)+(Y)→Z(C=1)(Z)→PC(C=1)时钟CUIRPCMARMDRACYALUZ…控制信号CPU内部总线多级时序系统机器周期、节拍（状态）组成多级时序系统一个指令周期包含若干个机器周期一个机器周期包含若干个时钟周期CLK机器周期机器周期机器周期（取指令）（取有效地址）（执行指令）指令周期T0T1T2T3T0T1T2T3T0T1T2T3机器周期机器周期（取指令）（执行指令）指令周期T0T1T2T3T0T1T2节拍(状态)节拍

7、(状态)（四） 控制器的功能和工作原理1.硬布线控制器2.微程序控制器控制器的主要功能有：从主存中取出一条指令，并指出下一条指令在主存中的位置对指令进行译码或测试，产生相应的操作控制信号，以便启动规定的操作指挥并控制CPU、主存和输入输出设备之间的数据流动方向硬布线控制器传统的控制器称为硬布线控制器，是采用组合逻辑技术实现的。硬布线最大的优点是速度快缺点：控制单元的结构不规整，使得设计、调试、维修困难，难以实现设计自动化；一旦控制单元构成之后，要想增加新的控制功能是不可能的控制器的基本组成指令部件完成取