chp5-2_指令周期1

1、1第五章 中央處理器返回2第五章 中央處理器5.1CPU功能和組成5.2指令周期5.3時(shí)序產(chǎn)生器5.4微程序控制器及其設(shè)計(jì)5.5硬布線控制器及其設(shè)計(jì)5.6傳統(tǒng)CPU5.7流水CPU5.8RISC的CPU5.9多媒體CPU35.2指令周期指令周期5.2.1 指令周期的基本概念指令周期的基本概念5.2.2 典型指令的指令周期典型指令的指令周期5.2.3 用方框圖語(yǔ)言表示指令周期用方框圖語(yǔ)言表示指令周期45.2 指令周期指令周期55.2.1 指令周期的基本概念指令周期的基本概念l概念l指令周期：指取指令、分析指令到執(zhí)行完該指令所需的全部時(shí)間l機(jī)器周期：通常把一條指令周期劃分為若干個(gè)機(jī)器周期，每個(gè)機(jī)器

2、周期完成一個(gè)基本操作l不同的指令，可能包含不同數(shù)目的機(jī)器周期l時(shí)鐘周期：在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)，要完成若干個(gè)微操作，因而需要分為若干個(gè)時(shí)間段，稱為節(jié)拍，節(jié)拍的寬度取決于CPU完成一次基本的微操作的時(shí)間65.2.1 指令周期的基本概念指令周期的基本概念l概念l機(jī)器周期的劃分(1)取指周期FT (2)源周期ST(3)目的周期DT(4)執(zhí)行周期ET(5)中斷周期IT(6)DMA傳送周期DMATFTSTDTITETDMATDMA請(qǐng)求？請(qǐng)求？中斷？中斷？YYNN75.2.2 指令周期指令周期由一個(gè)模型機(jī)來(lái)介紹指令周期概念85.2.2 MOV指令的指令周期指令的指令周期l取指周期l執(zhí)行周期95.2.2 MOV指

3、令的指令周期指令的指令周期取指取指 程序計(jì)數(shù)器程序計(jì)數(shù)器PC中裝入第一條指令地址中裝入第一條指令地址101（八進(jìn)制）；（八進(jìn)制）； PC的內(nèi)容被放到指令地址總線的內(nèi)容被放到指令地址總線ABUS（I）上，并啟動(dòng)讀命令；）上，并啟動(dòng)讀命令； 從從101號(hào)地址讀出的號(hào)地址讀出的MOV指令通過(guò)指令總線指令通過(guò)指令總線IBUS裝入指令寄存器裝入指令寄存器IR； 程序計(jì)數(shù)器內(nèi)容加程序計(jì)數(shù)器內(nèi)容加1，變成，變成102，為取下一條指令做好準(zhǔn)備；，為取下一條指令做好準(zhǔn)備； 指令寄存器中的操作碼（指令寄存器中的操作碼（OP）被譯碼；）被譯碼； CPU識(shí)別出是識(shí)別出是MOV指令，至此，取指周期即告結(jié)束。指令，至此，

4、取指周期即告結(jié)束。10 操作控制器（操作控制器（OC）送出控制信號(hào)到通用寄存器，選擇）送出控制信號(hào)到通用寄存器，選擇R1（10）作源寄存器，）作源寄存器，選擇選擇R0作目標(biāo)寄存器；作目標(biāo)寄存器； OC送出控制信號(hào)到送出控制信號(hào)到ALU，指定，指定ALU做傳送操作；做傳送操作； OC送出控制信號(hào)，打開(kāi)送出控制信號(hào)，打開(kāi)ALU輸出三態(tài)門(mén)，將輸出三態(tài)門(mén)，將ALU輸出送到數(shù)據(jù)總線輸出送到數(shù)據(jù)總線DBUS上。上。注意，任何時(shí)候注意，任何時(shí)候DBUS上只能有一個(gè)數(shù)據(jù)。上只能有一個(gè)數(shù)據(jù)。 OC送出控制信號(hào)，將送出控制信號(hào)，將DBUS上的數(shù)據(jù)打入到數(shù)據(jù)緩沖寄存器上的數(shù)據(jù)打入到數(shù)據(jù)緩沖寄存器DR（10）；）；

5、OC送出控制信號(hào)，將送出控制信號(hào)，將DR中的數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)10打入到目標(biāo)寄存器打入到目標(biāo)寄存器R0，R0的內(nèi)容由的內(nèi)容由00變?yōu)樽優(yōu)?0。至此，。至此，MOV指令執(zhí)行結(jié)束。指令執(zhí)行結(jié)束。5.2.2 MOV指令的指令周期指令的指令周期執(zhí)行執(zhí)行115.2.3 LAD指令的指令周期指令的指令周期l取指周期l執(zhí)行周期125.2.3 LAD指令的指令周期指令的指令周期135.2.5 ADD指令的指令周期指令的指令周期145.2.5 ADD指令的指令周期指令的指令周期155.2.5 STO指令的指令周期指令的指令周期165.2.5 STO指令的指令周期指令的指令周期175.2.6 JMP指令的指令周期指令的

6、指令周期185.2.6 JMP指令的指令周期指令的指令周期195.2.7用方框圖語(yǔ)言表示指令周期用方框圖語(yǔ)言表示指令周期l引入目的主要是為了教學(xué)目的（控制器設(shè)計(jì)）l方法：l指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)（模型機(jī)的五指令系統(tǒng)）l方框按CPU周期l方框內(nèi)內(nèi)容數(shù)據(jù)通路操作或控制操作l菱形符號(hào)判別或測(cè)試l公操作，即一條指令執(zhí)行完畢以后的一些操作，如中斷處理，DMA處理等（取指令也可認(rèn)為是公操作）205.2.7 方框圖表示指令周期方框圖表示指令周期取指執(zhí)行(R1)DR(DR) R0IRARCache(D) DR(DR) R1(R1)+(R2) DR(DR) R2(R3)AR (R2) Cache(D) Cache(I) IR(PC)+1 PC215.2.7方框圖表示指令周期方框圖表示指令周期P139例例1雙總線結(jié)構(gòu)機(jī)器的數(shù)據(jù)通路圖雙總線結(jié)構(gòu)機(jī)器的數(shù)據(jù)通路圖微操作信號(hào)微操作信號(hào)+122注意微操作控制信號(hào)（右邊）注意微操作控制信號(hào)（右邊）ALU0ALU0ADD R0, R2SUB R3, R1(PC)+1PC(PC)+1PC+1235.2.7方框圖表示指令周期方框圖表示指令周期補(bǔ)充例題補(bǔ)充例題(PC)MARMMDR(MDR)IR, (PC)+1PC(R1)MARADD R0 ,（R1）MMDR(MDR)T1(T1) + (R0)T2(T2