運(yùn)算器及控制器功能作用(修改版)

1、運(yùn)算器部件：運(yùn)算器部件： 是計(jì)算機(jī)加工處理數(shù)據(jù)的功能部件是是計(jì)算機(jī)加工處理數(shù)據(jù)的功能部件是CPU的重要組成部分。的重要組成部分。對(duì)數(shù)據(jù)的加工處理包括：對(duì)數(shù)據(jù)的加工處理包括：與、或、非、異或等。與、或、非、異或等。 ALU是運(yùn)算器中的核心部件。也是運(yùn)算器內(nèi)部傳是運(yùn)算器中的核心部件。也是運(yùn)算器內(nèi)部傳送數(shù)據(jù)的重要通路。送數(shù)據(jù)的重要通路。運(yùn)算器的核心功能：運(yùn)算器的核心功能： 實(shí)現(xiàn)算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算實(shí)現(xiàn)算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算算術(shù)邏輯單元算術(shù)邏輯單元ALU（Arithmetic-Logical Unit）：）：加、減、乘、除、等；加、減、乘、除、等；數(shù)值數(shù)據(jù)的數(shù)值數(shù)據(jù)的算術(shù)運(yùn)算：算術(shù)運(yùn)算：邏輯數(shù)據(jù)的邏輯數(shù)據(jù)的

2、邏輯操作：邏輯操作： 運(yùn)算器還運(yùn)算器還暫存暫存參加運(yùn)算的數(shù)據(jù)和中間結(jié)果，參加運(yùn)算的數(shù)據(jù)和中間結(jié)果，選擇選擇參加運(yùn)算的數(shù)據(jù)，所以運(yùn)算器內(nèi)包含一定數(shù)目的參加運(yùn)算的數(shù)據(jù)，所以運(yùn)算器內(nèi)包含一定數(shù)目的通通用寄存器用寄存器和和多路選擇器多路選擇器、譯碼電路譯碼電路等。等。 運(yùn)運(yùn)算算器器定點(diǎn)運(yùn)算器定點(diǎn)運(yùn)算器浮點(diǎn)運(yùn)算器浮點(diǎn)運(yùn)算器定點(diǎn)運(yùn)算器用硬件直接實(shí)現(xiàn)，定點(diǎn)運(yùn)算器用硬件直接實(shí)現(xiàn)，是必備的運(yùn)算器。是必備的運(yùn)算器。浮點(diǎn)運(yùn)算器又稱(chēng)為數(shù)學(xué)協(xié)處理浮點(diǎn)運(yùn)算器又稱(chēng)為數(shù)學(xué)協(xié)處理器，主要用硬件完成，是可選器，主要用硬件完成，是可選件。件。 現(xiàn)在的高檔微機(jī)已經(jīng)把定點(diǎn)運(yùn)算器和浮點(diǎn)運(yùn)算現(xiàn)在的高檔微機(jī)已經(jīng)把定點(diǎn)運(yùn)算器和浮點(diǎn)運(yùn)算器集成在

3、一個(gè)芯片中。器集成在一個(gè)芯片中。 運(yùn)算器的組成運(yùn)算器的組成以一個(gè)模型機(jī)的運(yùn)算器為例，說(shuō)明運(yùn)算器的組成。以一個(gè)模型機(jī)的運(yùn)算器為例，說(shuō)明運(yùn)算器的組成。該運(yùn)算器由如下幾部分該運(yùn)算器由如下幾部分構(gòu)成構(gòu)成：1算術(shù)算術(shù)/邏輯運(yùn)算單元邏輯運(yùn)算單元ALU由由4片片SN74181和和SN74182構(gòu)成。構(gòu)成。SN74181是是4位并行加法器，位并行加法器，SN74182是并行進(jìn)是并行進(jìn)位部件。位部件?？蓸?gòu)成可構(gòu)成16位的位的ALU。2鎖存器鎖存器 鎖存器鎖存器A、B用來(lái)用來(lái)暫存暫存來(lái)自通用寄存器、存儲(chǔ)來(lái)自通用寄存器、存儲(chǔ)器或外部設(shè)備的數(shù)據(jù)。給器或外部設(shè)備的數(shù)據(jù)。給ALU提供參加運(yùn)算的數(shù)據(jù)。提供參加運(yùn)算的數(shù)據(jù)。

4、一旦數(shù)據(jù)進(jìn)入鎖存器，不管外部數(shù)據(jù)怎樣變化，一旦數(shù)據(jù)進(jìn)入鎖存器，不管外部數(shù)據(jù)怎樣變化，都不能改變鎖存器的內(nèi)容。都不能改變鎖存器的內(nèi)容。ALU將依據(jù)鎖存器將依據(jù)鎖存器A、B的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。3通用寄存器組通用寄存器組 通用寄存器通用寄存器可供程序員訪(fǎng)問(wèn)，用來(lái)作為累加器、可供程序員訪(fǎng)問(wèn)，用來(lái)作為累加器、變址寄存器、操作數(shù)寄存器等來(lái)使用。變址寄存器、操作數(shù)寄存器等來(lái)使用。4數(shù)據(jù)緩存寄存器數(shù)據(jù)緩存寄存器DR 作為作為ALU運(yùn)算結(jié)果和通用寄存器之間信息傳送中運(yùn)算結(jié)果和通用寄存器之間信息傳送中時(shí)間上的緩沖。時(shí)間上的緩沖。補(bǔ)償補(bǔ)償CPU和內(nèi)存、外圍設(shè)備之間在操作速度上的差和內(nèi)存、外圍設(shè)備之間在操

5、作速度上的差別。別。 狀態(tài)寄存器用來(lái)存放在運(yùn)算過(guò)程中得到的狀態(tài)寄存器用來(lái)存放在運(yùn)算過(guò)程中得到的狀態(tài)狀態(tài)標(biāo)志標(biāo)志（如零標(biāo)志、進(jìn)位標(biāo)志、符號(hào)標(biāo)志等），以便（如零標(biāo)志、進(jìn)位標(biāo)志、符號(hào)標(biāo)志等），以便供程序判斷使用。供程序判斷使用。5狀態(tài)寄存器狀態(tài)寄存器PSW總線(xiàn)總線(xiàn)總線(xiàn)接收器總線(xiàn)接收器總線(xiàn)發(fā)送器總線(xiàn)發(fā)送器總線(xiàn)發(fā)送器總線(xiàn)發(fā)送器移位器移位器狀態(tài)寄存器狀態(tài)寄存器ALU鎖存器鎖存器A鎖存器鎖存器B源寄存器源寄存器暫存寄存器暫存寄存器通用寄存器通用寄存器模模型型機(jī)機(jī)運(yùn)運(yùn)算算器器組組成成框框圖圖 控制器控制器 是整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的指揮中心，協(xié)調(diào)并控制是整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的指揮中心，協(xié)調(diào)并控制計(jì)算機(jī)的各個(gè)部件執(zhí)行程序的指

6、令序列。計(jì)算機(jī)的各個(gè)部件執(zhí)行程序的指令序列。微處理器微處理器 微處理器將微處理器將運(yùn)算器運(yùn)算器與與控制器控制器集成在一個(gè)芯片上，集成在一個(gè)芯片上，通常稱(chēng)為通常稱(chēng)為中央處理單元中央處理單元（CPUCentral Processing Unit）。）?？乜刂浦破髌鹘M合邏輯控制器（又稱(chēng)硬布線(xiàn)邏輯控制器）組合邏輯控制器（又稱(chēng)硬布線(xiàn)邏輯控制器）微程序控制器微程序控制器關(guān)系：運(yùn)算器的操作和操作種類(lèi)由控制器決定關(guān)系：運(yùn)算器的操作和操作種類(lèi)由控制器決定 控制器的功能和基本組成控制器的功能和基本組成 控制器的功能控制器的功能 控制器的作用是控制器的作用是控制程序的執(zhí)行控制程序的執(zhí)行，它應(yīng)具有下，它應(yīng)具有下列功能

7、。列功能。1取指令取指令 根據(jù)程序入口地址，從存儲(chǔ)器中取出一條指令，根據(jù)程序入口地址，從存儲(chǔ)器中取出一條指令，并指出下條指令的地址。并指出下條指令的地址。 取出的指令送到指令寄存器，以便分析運(yùn)行該取出的指令送到指令寄存器，以便分析運(yùn)行該指令。指令。2分析指令分析指令分析指令又叫分析指令又叫解釋指令解釋指令或或指令譯碼指令譯碼。3執(zhí)行指令執(zhí)行指令 根據(jù)分析指令產(chǎn)生的控制命令和操作數(shù)地址，形根據(jù)分析指令產(chǎn)生的控制命令和操作數(shù)地址，形成相應(yīng)的操作控制信號(hào)序列，通過(guò)運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、成相應(yīng)的操作控制信號(hào)序列，通過(guò)運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、輸入輸入/ /輸出設(shè)備的執(zhí)行，輸出設(shè)備的執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)每條指令的功能實(shí)現(xiàn)每條指令

8、的功能。 計(jì)算機(jī)不斷重復(fù)上述三種操作：計(jì)算機(jī)不斷重復(fù)上述三種操作：取指取指、分析分析、執(zhí)行執(zhí)行；再取指再取指、再分析再分析、再執(zhí)行再執(zhí)行，如此循環(huán)，如此循環(huán)，直到遇到停機(jī)指令或外來(lái)干預(yù)為止。直到遇到停機(jī)指令或外來(lái)干預(yù)為止。 是對(duì)當(dāng)前取得的指令進(jìn)行是對(duì)當(dāng)前取得的指令進(jìn)行分析分析，指出它要求完成，指出它要求完成什么操作，并產(chǎn)生相應(yīng)的操作控制命令。如果參與什么操作，并產(chǎn)生相應(yīng)的操作控制命令。如果參與操作的數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)器中，還要操作的數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)器中，還要形成操作數(shù)地址形成操作數(shù)地址。5對(duì)異常情況和某些請(qǐng)求的處理對(duì)異常情況和某些請(qǐng)求的處理 當(dāng)機(jī)器出現(xiàn)某些異常情況時(shí)，如溢出、校驗(yàn)錯(cuò)等，當(dāng)機(jī)器出現(xiàn)某些異常情況

9、時(shí)，如溢出、校驗(yàn)錯(cuò)等，或某些外來(lái)請(qǐng)求，如中斷、或某些外來(lái)請(qǐng)求，如中斷、DMADMA等，要進(jìn)行相應(yīng)的處等，要進(jìn)行相應(yīng)的處理。理。4控制程序和數(shù)據(jù)的輸入與結(jié)果的輸出控制程序和數(shù)據(jù)的輸入與結(jié)果的輸出 根據(jù)程序的安排并通過(guò)人的干預(yù)，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)根據(jù)程序的安排并通過(guò)人的干預(yù)，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候向輸入候向輸入/ /輸出設(shè)備發(fā)出一些相應(yīng)的命令來(lái)輸出設(shè)備發(fā)出一些相應(yīng)的命令來(lái)完成輸入完成輸入/ /輸出功能輸出功能，這實(shí)際上也是通過(guò)執(zhí)行程序來(lái)完成的。，這實(shí)際上也是通過(guò)執(zhí)行程序來(lái)完成的。 控制器的控制器的實(shí)現(xiàn)方式實(shí)現(xiàn)方式 在控制器信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方式上，有組在控制器信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方式上，有組合邏輯和微程序兩種不同

10、方法。合邏輯和微程序兩種不同方法。1組合邏輯組合邏輯 組合邏輯控制產(chǎn)生控制信號(hào)，優(yōu)點(diǎn)是速度快，組合邏輯控制產(chǎn)生控制信號(hào)，優(yōu)點(diǎn)是速度快，但是設(shè)計(jì)復(fù)雜，指令功能的修改和擴(kuò)展不方便，尤但是設(shè)計(jì)復(fù)雜，指令功能的修改和擴(kuò)展不方便，尤其當(dāng)指令系統(tǒng)變得復(fù)雜的時(shí)候。其當(dāng)指令系統(tǒng)變得復(fù)雜的時(shí)候。2微程序微程序 微程序控制器采用類(lèi)的程序控制方法微程序控微程序控制器采用類(lèi)的程序控制方法微程序控制設(shè)計(jì)方法規(guī)整，修改，擴(kuò)充方便。易于實(shí)現(xiàn)機(jī)型制設(shè)計(jì)方法規(guī)整，修改，擴(kuò)充方便。易于實(shí)現(xiàn)機(jī)型系列化，執(zhí)行速度稍慢。系列化，執(zhí)行速度稍慢。 控制器的組成控制器的組成 時(shí)序控制信號(hào)時(shí)序控制信號(hào)形成部件形成部件啟停電路啟停電路程序計(jì)數(shù)器程序計(jì)數(shù)器 運(yùn)算器運(yùn)算器+1CLK2CLK脈沖源脈沖源RESET指令譯碼器指令譯碼器ID IR操作碼操作碼 地址碼地址碼存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器I/O口口數(shù)據(jù)總線(xiàn)數(shù)據(jù)總線(xiàn)DB地址總線(xiàn)地址總線(xiàn)AB控制總線(xiàn)控制總線(xiàn)CB指令指令數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)指令指令地址地址數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)寄存器地址寄存器地址寄存器操作數(shù)操作數(shù)地址地址DRAR 計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)，運(yùn)算器的操作和操作種類(lèi)由控制器決定。運(yùn)算器處理的數(shù)據(jù)來(lái)自存儲(chǔ)器；處理后的結(jié)果數(shù)據(jù)通常送回存儲(chǔ)器，或暫時(shí)寄存在運(yùn)算器中。運(yùn)算器的功能與分類(lèi) 運(yùn)算器的基本功能是