《计算机组成原理》第6章中央处理部件.ppt

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1、第6章中央处理部件（时间：9次课，18学时）第6章中央处理部件本章是全书的核心部分，因为中央处理器(CentralProcessingUnit，CPU)是计算机的核心，而中央处理器中的控制器(ControlUnit，CU)又是核心中的核心。本章讲述中央处理器的功能、组成，重点讲述控制器的功能、组成和两种实现方法。通过本章学习，读者可以理解控制器的控制原理，掌握计算机内部工作过程，建立起计算机整体工作的概念；读者也应该能够自己设计出CPU某种内部数据通路结构，设计出某种指令系统，设计出相应指令系统所需

2、要的时序、微操作命令和能产生此时序和微操作命令的组合逻辑电路和微程序电路。掌握了时序和微操作命令及其电路的设计，就是掌握了计算机的核心技术。第6章中央处理部件6.1中央处理部件的功能6.2中央处理部件的组成6.3一台模型机的总体设计6.4模型机组合逻辑控制设计6.5微程序控制原理6.6模型机的微程序设计6.7流水线处理技术6.8主流CPU简介6.1中央处理部件的功能中央处理器的功能就是运算器和控制器的功能，其中核心的是控制器的功能。运算器既是数据传输的通道，也是数据处理的部件。作用于运算器上的信号有

3、两类，一类是输入的数据，另一类则是加工数据的信号。运算器要进行运算，需要源操作数，如何将源操作数取出来送到运算器，这就需要控制器发出若干控制信号，这些控制信号打通了从数据源到运算器输入端的通路，才使得操作数能够送到运算器的数据输入端。运算器对输入的信号如何处理，这也需要控制器将控制信号送到运算器的加工信号输入端。6.1中央处理部件的功能运算器是电子部件，加工信号对数据信号的处理需要一定的时间，才能使运算器在其输出端输出稳定的加工好了的数据。之后，控制器还需要发来另一组控制信号，打通从运算器输出端到要

4、存储的目的地址的通路，使加工好的数据畅通地送到目的地址输入端。最后，控制器再发来一个控制信号，将数据写入目的地址内。这样，我们知道了中央处理部件的主要功能就是传送、加工和存储数据。我们还看到，无论是地址信号、操作信号和数据信号，都只是一些矩形脉冲信号，这些矩形脉冲信号宽度不同，时间上有先有后。6.2中央处理部件的组成图6-1示出了一个中央处理部件的基本组成逻辑框图。它比较具体，但有代表性，故讲解时不全受其束缚。主要可分为运算部件、控制部件、寄存器、总线、时序系统(时序信号发生器)等5个部分。其中，寄

5、存器分属于运算部件和控制部件两部分，而总线又分为CPU内部总线和系统总线，CPU内部总线(IBUS)用来在CPU内部传递内部信号，系统总线则用来在CPU与内存、CPU与外部设备(接口)之间传递信号。图6-1中央处理部件的组成之一例6.2中央处理部件的组成6.2.1运算部件6.2.2寄存器设置6.2.3总线6.2.4时序系统6.2.5控制部件6.2.6CPU内部数据通路结构6.2.1运算部件运算部件主要由4个部分组成：第一是暂存器TEMP，用于暂时存放参加运算的一个数；第二是基本算术、逻辑运算部件AL

6、U，可以采用74181结构组成，由来自微操作控制信号形成部件的若干控制微命令确定其运算功能；第三是状态形成电路和状态寄存器PSR；第四是移位器，常由多路选择器通过斜位传送实现移位功能。这4部分的组合能实现基本的算术、逻辑运算功能，通过微命令的配合也能实现定点乘除运算。从运算器的设置看，可根据其运算功能将计算机分为以下4种档次。6.2.1运算部件(1)普通的微处理器。(2)高档微处理器。(3)超级小型机。(4)大、巨型机。6.2.2寄存器设置在CPU内部设置有若干寄存器，用于存储各种信息。其中，有的属

7、于控制器部分，有的则属于运算器部分。属于控制器部分的寄存器一般用来存储控制信息，用于运算器部分的寄存器一般用于存储数据信息。1.用于运算器的寄存器属于运算器的寄存器有通用寄存器(图6-1中为R0～R7)和暂存器(图6-1中为TEMP)，两者一般的用途是存放数据。通用寄存器用户看得见，可以编程；暂存器用户看不见，不可以编程。1)通用寄存器组6.2.2寄存器设置这是一组可编程访问的、具有多种功能的寄存器。在指令系统中为这组寄存器分配了编号，可以编程指定使用其中的某个寄存器，对用户来说是看得见的，在指令系

8、统的资料中会说明这组寄存器的存在和基本用途。它们自身的逻辑往往很简单且比较统一，甚至是小规模存储器的一些单元，但通过编程可指定其实现多种功能，如提供操作数并存放运算结果，或用做地址指针，或作为基址寄存器、变址寄存器，或作为计数器等，因而称为通用寄存器。早期，用小规模集成电路的D触发器构成寄存器组，它们可以同时输入或输出信息。现在广泛使用中规模集成的随机存储器RAM构成寄存器组，一个6.2.2寄存器设置存储单元就是一个寄存器，但每次只能访问其中的一个寄存器；若采用双口R