中央處理器(上)

1、本章主要討論：本章主要討論：運(yùn)算器運(yùn)算器 控制器控制器數(shù)據(jù)通路數(shù)據(jù)通路與外部的連接與外部的連接指令的執(zhí)行過程指令的執(zhí)行過程CPUCPU組成組成CPUCPU工作原理工作原理 由由ALU、AC、DR和和PSW組成；是數(shù)據(jù)加組成；是數(shù)據(jù)加工處理部件；在控制器的指揮下運(yùn)行。工處理部件；在控制器的指揮下運(yùn)行。 ： ：PCPC、指令寄存器（指令寄存器（IRIR） 、指令譯碼器（指令譯碼器（IDID）、時(shí)序產(chǎn)生器時(shí)序產(chǎn)生器和和操作控制器操作控制器； “決策機(jī)構(gòu)決策機(jī)構(gòu)” ，協(xié)調(diào)和指揮整個系統(tǒng)的操作。，協(xié)調(diào)和指揮整個系統(tǒng)的操作。 （1）取指令，并指出下一條指令的位置。取指令，并指出下一條指令的位置。 （2）對

2、指令譯碼或測試，產(chǎn)生相應(yīng)操作控對指令譯碼或測試，產(chǎn)生相應(yīng)操作控 制信號，以啟動規(guī)定的動作。制信號，以啟動規(guī)定的動作。 （3）指揮并控制指揮并控制CPU、內(nèi)存內(nèi)存和和I/O設(shè)備之間設(shè)備之間 數(shù)據(jù)流動的方向。數(shù)據(jù)流動的方向。 ： 或或，采用時(shí)序邏輯技術(shù)實(shí)現(xiàn)。，采用時(shí)序邏輯技術(shù)實(shí)現(xiàn)。：速度快；速度快； ：設(shè)計(jì)、調(diào)試、維修困難，難實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)自動化。設(shè)計(jì)、調(diào)試、維修困難，難實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)自動化。 微地址微地址形成電路形成電路 IR PSW PC微地址寄存器微地址寄存器 AR控制存儲器控制存儲器CM 譯碼器譯碼器微命令序列微命令序列微命令字段微命令字段 微地址字段微地址字段IR入口地址入口地址 1 1 PLAPL

3、A IR IR入口地址入口地址 2 2 ，組合兩者優(yōu)點(diǎn)，盡量克服兩者的缺點(diǎn)，組合兩者優(yōu)點(diǎn)，盡量克服兩者的缺點(diǎn)，是一種較有前途的方法。是一種較有前途的方法。組合邏輯控制器原理組合邏輯控制器原理控制器組成控制器組成微命令微命令發(fā)生器發(fā)生器微命令序列微命令序列I/OI/O狀態(tài)狀態(tài)控制臺信息控制臺信息運(yùn)行狀態(tài)運(yùn)行狀態(tài)譯碼譯碼. PSW PSW 時(shí)序時(shí)序 IR IR地址形成地址形成PCPCD尋尋來自來自M送送M或或ALU+1送送M微命令微命令發(fā)生器發(fā)生器微命令序列微命令序列I/OI/O狀態(tài)狀態(tài)控制臺信息控制臺信息運(yùn)行狀態(tài)運(yùn)行狀態(tài)譯碼譯碼. PSW PSW 時(shí)序時(shí)序 IR IR地址形成地址形成PCPCD尋

4、尋來自來自M送送M或或ALU+1送送M微命令微命令發(fā)生器發(fā)生器1.1.微命令發(fā)生器微命令發(fā)生器功能：功能： 產(chǎn)生全機(jī)所需的各種產(chǎn)生全機(jī)所需的各種微命令微命令控制最基本的操作控制最基本的操作( (微操作微操作) )的命令的命令電位型電位型脈沖型脈沖型微命令微命令發(fā)生器發(fā)生器微命令序列微命令序列I/OI/O狀態(tài)狀態(tài)控制臺信息控制臺信息運(yùn)行狀態(tài)運(yùn)行狀態(tài)譯碼譯碼. PSW PSW 時(shí)序時(shí)序 IR IR地址形成地址形成PCPCD尋尋來自來自M送送M或或ALU+1送送M2.2.指令計(jì)數(shù)器指令計(jì)數(shù)器PCPC功能：功能： 指示指令在指示指令在M中的位置。中的位置。PC+1PC+1順序執(zhí)行：順序執(zhí)行：PCPC先

5、先+1+1，再用轉(zhuǎn)移地址修改，再用轉(zhuǎn)移地址修改PCPC微命令微命令發(fā)生器發(fā)生器PCPC轉(zhuǎn)移執(zhí)行：轉(zhuǎn)移執(zhí)行：3.3.指令寄存器指令寄存器IRIR功能：功能： 存放現(xiàn)行指令。存放現(xiàn)行指令。決定操作決定操作性質(zhì)性質(zhì)操作碼字段操作碼字段操作數(shù)地址操作數(shù)地址轉(zhuǎn)移地址轉(zhuǎn)移地址PCPC微命令微命令發(fā)生器發(fā)生器微命令序列微命令序列I/OI/O狀態(tài)狀態(tài)控制臺信息控制臺信息運(yùn)行狀態(tài)運(yùn)行狀態(tài)譯碼譯碼. PSW PSW 時(shí)序時(shí)序 IR IR地址形成地址形成D尋尋來自來自M送送M或或ALU+1送送M微命令微命令發(fā)生器發(fā)生器PCPC IR IR地址碼字段地址碼字段譯碼器譯碼器微命令發(fā)生器微命令發(fā)生器地址形成部件地址形成部

6、件尋尋D4.4.狀態(tài)寄存器狀態(tài)寄存器PSWPSW功能：功能： 指示程序運(yùn)行方式，反映程序運(yùn)行結(jié)果。指示程序運(yùn)行方式，反映程序運(yùn)行結(jié)果。例例. 某機(jī)的某機(jī)的PSWPSWPCPC微命令微命令發(fā)生器發(fā)生器微命令序列微命令序列I/OI/O狀態(tài)狀態(tài)控制臺信息控制臺信息運(yùn)行狀態(tài)運(yùn)行狀態(tài)譯碼譯碼. PSW PSW 時(shí)序時(shí)序 IR IR地址形成地址形成D尋尋來自來自M送送M或或ALU+1送送M微命令微命令發(fā)生器發(fā)生器PCPC IR IR PSW PSW工作方式工作方式 優(yōu)先級優(yōu)先級 T T N Z V CN Z V C15 12 11 8 7 6 5 4 3 2 1 015 12 11 8 7 6 5 4 3

7、 2 1 05.5.時(shí)序線路時(shí)序線路功能：功能： 控制操作時(shí)間和操作時(shí)刻?？刂撇僮鲿r(shí)間和操作時(shí)刻。PCPC微命令微命令發(fā)生器發(fā)生器微命令序列微命令序列I/OI/O狀態(tài)狀態(tài)控制臺信息控制臺信息運(yùn)行狀態(tài)運(yùn)行狀態(tài)譯碼譯碼. PSW PSW 時(shí)序時(shí)序 IR IR地址形成地址形成D尋尋來自來自M送送M或或ALU+1送送M微命令微命令發(fā)生器發(fā)生器PCPC IR IR PSW PSW 時(shí)序時(shí)序振蕩器振蕩器分頻器分頻器時(shí)鐘脈沖時(shí)鐘脈沖工作脈沖工作脈沖時(shí)鐘周期時(shí)鐘周期( (節(jié)拍節(jié)拍) )產(chǎn)生電位產(chǎn)生電位型微命令型微命令,控制操作控制操作時(shí)間段時(shí)間段產(chǎn)生脈沖型產(chǎn)生脈沖型微命令，控微命令，控制定時(shí)操作制定時(shí)操作指令

8、周期、指令周期、CPUCPU周期、時(shí)鐘周期間的關(guān)系：周期、時(shí)鐘周期間的關(guān)系：執(zhí)行指令階段執(zhí)行指令階段取指令取指令PC+1對指令對指令譯碼譯碼執(zhí)行指令執(zhí)行指令開始開始一個一個CPU周期周期一個一個CPU周期周期取指令階段取指令階段取下條指令取下條指令PC+1開始開始取指令取指令PC+1對指令對指令譯碼譯碼送操作數(shù)送操作數(shù)地址地址執(zhí)行加操作執(zhí)行加操作一個一個CPU周期周期一個一個CPU周期周期取指令階段取指令階段執(zhí)行指令階段執(zhí)行指令階段取出操作數(shù)取出操作數(shù)一個一個CPU周期周期取下條指令取下條指令PC+11)PC AR；2)(PC)+1 PC；3)AR ABUS；4)內(nèi)存單元內(nèi)存單元21的內(nèi)容的內(nèi)

9、容 DBUS DR；5)DR IR；6)IR中操作碼被譯碼或測試；中操作碼被譯碼或測試；7)CPU識別出是識別出是ADD指令。指令。取指令取指令PC+1對指令對指令譯碼譯碼送操作數(shù)送操作數(shù)地址地址執(zhí)行寫操作執(zhí)行寫操作開始開始一個一個CPU周期周期一個一個CPU周期周期取指令階段取指令階段執(zhí)行指令階段執(zhí)行指令階段送操作數(shù)送操作數(shù)取下條指令取下條指令PC+1一個一個CPU周期周期開始開始取指令取指令PC+1對指令對指令譯碼譯碼不執(zhí)行任不執(zhí)行任何操作何操作取下條指令取下條指令PC+1一個一個CPU周期周期一個一個CPU周期周期取指令階段取指令階段執(zhí)行指令階段執(zhí)行指令階段取指令取指令PC+1對指令對指令譯碼譯碼送轉(zhuǎn)移送轉(zhuǎn)移地址地址取下條指令取下條指令PC+1開始開始一個一個CPU周期周期一個一個CPU周期周期取指令階段取指令階段執(zhí)行指令階段執(zhí)行指令階段IR PCARMDRR0 R1 R2 R3XYA LU