第五章中央處理器

第五章中央處理器5.1CPU的組成和功能5.1.1CPU的功能

使用CPU可以自動(dòng)完成取出指令和執(zhí)行指令的任務(wù)。CPU的基本功能：指令控制程序的順序控制。操作控制管理并產(chǎn)生由內(nèi)存取出的每條指令的操作信號(hào)，把各種操作信號(hào)送往相應(yīng)的部件，從而控制這些部件按指令的要求進(jìn)行動(dòng)作。

對(duì)各種操作實(shí)施時(shí)間上的定時(shí)。數(shù)據(jù)加工對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算處理。

第五章中央處理器5.1.2CPU的基本組成早期的CPU由運(yùn)算器和控制器兩大部分組成。隨著高密度集成電路技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)今的CPU芯片變成運(yùn)算器、cache和控制器三大部分，其中還包括浮點(diǎn)運(yùn)算器、存儲(chǔ)管理部件、中斷系統(tǒng)、總線接口等。第五章中央處理器5.1.2CPU的基本組成——控制器第五章中央處理器從內(nèi)存中取出一條指令，并指出下一條指令在內(nèi)存中的位置；對(duì)指令進(jìn)行譯碼或測試，并產(chǎn)生相應(yīng)的操作控制信號(hào)，以便啟動(dòng)規(guī)定的動(dòng)作；指揮并控制CPU、內(nèi)存和輸入/輸出設(shè)備之間數(shù)據(jù)流動(dòng)的方向。5.1.2CPU的基本組成——控制器（2）第五章中央處理器5.1.2CPU的基本組成——運(yùn)算器第五章中央處理器5.1.2CPU的基本組成——運(yùn)算器（2）執(zhí)行所有的算術(shù)運(yùn)算；執(zhí)行所有的邏輯運(yùn)算，并進(jìn)行邏輯測試，如零值測試或兩個(gè)值的比較。第五章中央處理器5.1.3CPU中的主要寄存器CPU中最基本的六類寄存器：數(shù)據(jù)緩沖寄存器（DR）指令寄存器（IR）程序計(jì)數(shù)器（PC）地址寄存器（AR）累加寄存器（AC）狀態(tài)條件寄存器（PSW）第五章中央處理器5.1.4操作控制器與時(shí)序產(chǎn)生器數(shù)據(jù)通路是許多寄存器之間傳送信息的通路。操作控制器的功能：根據(jù)指令操作碼和時(shí)序信號(hào)，產(chǎn)生各種操作控制信號(hào)，以便正確地建立數(shù)據(jù)通路，從而完成取指令和執(zhí)行指令的控制。第五章中央處理器操作控制器的分類根據(jù)設(shè)計(jì)方法不同，操作控制器可分為時(shí)序邏輯型（硬布線控制器）存儲(chǔ)邏輯型（微程序控制器）時(shí)序邏輯與存儲(chǔ)邏輯結(jié)合型（門陣列控制器）時(shí)序產(chǎn)生器的作用：對(duì)各種操作實(shí)施時(shí)間上的控制。第五章中央處理器5.2

指令周期5.2.1指令周期的基本概念

存儲(chǔ)器中指令和數(shù)據(jù)的區(qū)分，使用的是指令周期的方法。什么是指令周期呢？第五章中央處理器指令周期示意圖指令周期——CPU從內(nèi)存取出一條指令并執(zhí)行這條指令的時(shí)間總和。由于各種指令的操作功能不同，各種指令的指令周期是不盡相同的。劃分指令周期，是設(shè)計(jì)操作控制器的重要依據(jù)。第五章中央處理器指令周期示意圖CPU周期——又稱機(jī)器周期，從內(nèi)存讀取一條指令字的最短時(shí)間。第五章中央處理器指令周期示意圖時(shí)鐘周期——通常稱為節(jié)拍脈沖或T周期。一個(gè)CPU周期包含若干個(gè)時(shí)鐘周期。時(shí)鐘周期→CPU周期（機(jī)器周期）→指令周期第五章中央處理器5.2.2CLA指令的指令周期CLA是一條非訪內(nèi)指令累加寄存器AC的內(nèi)容全部清零周期數(shù)：2（1+1）

第五章中央處理器取指令和執(zhí)行指令+102002002120CLACLACLA000000第五章中央處理器5.2.3ADD指令的指令周期訪問內(nèi)存取數(shù)并執(zhí)行加法操作周期數(shù)：3（1+2）第五章中央處理器送操作數(shù)地址，兩操作數(shù)相加ADD3030000006030000006000006第五章中央處理器5.2.4STA指令的指令周期訪問內(nèi)存的存數(shù)指令周期數(shù)：3（1+2）第五章中央處理器送操作數(shù)地址，存儲(chǔ)和數(shù)STA4004000000600000640000006第五章中央處理器5.2.5NOP指令和JMP指令的指令周期NOP指令是一條空操作指令，用來調(diào)機(jī)。周期數(shù)：1JMP指令一個(gè)程序控制指令，改變程序原先的執(zhí)行順序。周期數(shù)：2JMP指令第五章中央處理器JMP指令的執(zhí)行階段JMP21+1000025000021000021第五章中央處理器五條指令的取指和執(zhí)行過程第五章中央處理器5.2.6用方框圖語言表示指令周期所謂公操作是指一條指令執(zhí)行完畢后，CPU所開始進(jìn)行的一些操作，這些操作主要是CPU對(duì)外設(shè)請(qǐng)求的處理，如中斷處理、通道處理等。DBUSABUS第五章中央處理器【例1】（）第五章中央處理器5.3時(shí)序產(chǎn)生器和控制方式時(shí)序信號(hào)的作用和體制

時(shí)序信號(hào)是一個(gè)類似“作息時(shí)間”的東西，它能夠使計(jì)算機(jī)準(zhǔn)確、迅速、有條不紊地工作。

【思考】用二進(jìn)制碼表示的指令和數(shù)據(jù)都放在內(nèi)存里，那么CPU是怎樣識(shí)別數(shù)據(jù)和指令？第五章中央處理器

計(jì)算機(jī)的協(xié)調(diào)動(dòng)作需要時(shí)間標(biāo)志，而時(shí)間標(biāo)志則是用時(shí)序信號(hào)來體現(xiàn)的。時(shí)序信號(hào)最基本的體制是電位－脈沖制。硬布線控制器中，時(shí)序信號(hào)往往采用主狀態(tài)周期-節(jié)拍電位-節(jié)拍脈沖三級(jí)體制。微程序控制器中，時(shí)序信號(hào)比較簡單，一般采用節(jié)拍電位-節(jié)拍脈沖二級(jí)體制。第五章中央處理器5.3.2時(shí)序信號(hào)產(chǎn)生器時(shí)序信號(hào)產(chǎn)生器提供CPU周期(也稱機(jī)器周期)所需的時(shí)序信號(hào)。操作控制器利用這些時(shí)序信號(hào)進(jìn)行定時(shí)，有條不紊地取出一條指令并執(zhí)行這條指令。微程序控制器中使用的時(shí)序