chp5-1-CPU的功能和組成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CPU35.1CPU的功能和組成1、CPU的功能指令控制（程序的順序控制）操作控制（一條指令有若干操作信號(hào)實(shí)現(xiàn)）時(shí)間控制（指令各個(gè)操作實(shí)施時(shí)間的定時(shí)）數(shù)據(jù)加工（算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算）42、CPU的基本組成（1）中央處理器CPU=運(yùn)算器+控制器（2）控制器控制器的主要功能：指令的獲取指令的譯碼或測(cè)試，并產(chǎn)生相應(yīng)的操作控制信號(hào)控制數(shù)據(jù)流動(dòng)方向控制器的組成：程序計(jì)數(shù)器、指令寄存器、指令譯碼器、時(shí)序發(fā)生器、操作控制器等52、CPU的基本組成RD/WRLDDRLDIRLDPCLDARPC+16CPU的主要寄存器通用寄存器：累加寄存器(AC)暫存器地址緩沖寄存器(AR)、數(shù)據(jù)緩沖寄存器(DR)指令寄存器(IR)程序計(jì)數(shù)器(PC)程序狀態(tài)寄存器(PSW)

2、CPU的基本組成7CPU的主要寄存器地址寄存器、數(shù)據(jù)緩沖寄存器中轉(zhuǎn)站補(bǔ)償速度差別2、CPU的基本組成8CPU的主要寄存器程序計(jì)數(shù)器PC(ProgrammingCounter)用來(lái)存放正在執(zhí)行的指令的地址或接著將要執(zhí)行的下一條指令的地址順序執(zhí)行時(shí)，每執(zhí)行一條指令，PC的值應(yīng)加1轉(zhuǎn)移類指令將轉(zhuǎn)移目標(biāo)地址送往PC，可實(shí)現(xiàn)程序轉(zhuǎn)移指令寄存器IR(InstructionRegister)用來(lái)存放從存儲(chǔ)器中取出的待執(zhí)行的指令在執(zhí)行該指令的過(guò)程中，指令寄存器的內(nèi)容不允許發(fā)生變化，以保證實(shí)現(xiàn)指令的全部功能2、CPU的基本組成9CPU的主要寄存器程序狀態(tài)字寄存器（PSW）

NZVPC0非負(fù)非零無(wú)溢出奇數(shù)個(gè)1無(wú)進(jìn)位1負(fù)數(shù)零溢出偶數(shù)個(gè)1有進(jìn)位2、CPU的基本組成102、CPU的基本組成指令譯碼器ID(InstructionDecoder)

指令中的操作碼經(jīng)譯碼后才能識(shí)別出是一條怎樣的指令譯碼器經(jīng)過(guò)對(duì)指令進(jìn)行分析和解釋，產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)地址形成部件

根據(jù)指令的不同尋址方式，用來(lái)形成操作數(shù)的有效地址指令流向的控制，即下條指令地址的形成控制112、CPU的基本組成時(shí)序產(chǎn)生器機(jī)器周期、工作節(jié)拍、脈沖及啟停控制線路

由脈沖源產(chǎn)生一定頻率的脈沖信號(hào)作為整個(gè)機(jī)器的時(shí)鐘脈沖微操作信號(hào)發(fā)生器

根據(jù)指令部件提供的操作信號(hào)、時(shí)序部件提供的時(shí)序信號(hào)、被控制功能部件所反饋的狀態(tài)及條件綜合形成真正控制各部件工作的微操作信號(hào)123、時(shí)序產(chǎn)生器時(shí)序產(chǎn)生器：提供定時(shí)和時(shí)序信號(hào)時(shí)序產(chǎn)生器的作用：CPU中的控制器用它指揮機(jī)器的工作CPU可以用時(shí)序信號(hào)/周期信息來(lái)辨認(rèn)從內(nèi)存中取出的是指令（取指）還是數(shù)據(jù)（執(zhí)行）一個(gè)CPU周期中時(shí)鐘脈沖對(duì)CPU的動(dòng)作有嚴(yán)格的約束操作控制器發(fā)出的各種信號(hào)是時(shí)間（時(shí)序信號(hào)）和空間（部件操作信號(hào)）的函數(shù)133、時(shí)序產(chǎn)生器三級(jí)時(shí)序系統(tǒng)機(jī)器周期：指令執(zhí)行過(guò)程中相對(duì)獨(dú)立的階段節(jié)拍：組成機(jī)器周期的時(shí)間區(qū)間時(shí)鐘脈沖：時(shí)序系統(tǒng)的基本定時(shí)信號(hào)143、時(shí)序產(chǎn)生器微程序控制器，節(jié)拍—脈沖二級(jí)體制153、時(shí)序產(chǎn)生器時(shí)序信號(hào)產(chǎn)生器的構(gòu)成時(shí)鐘源環(huán)形脈沖發(fā)生器節(jié)拍脈沖和

讀寫(xiě)時(shí)序譯碼邏輯啟?？刂七壿?63、時(shí)序產(chǎn)生器脈沖發(fā)生器173、時(shí)序產(chǎn)生器時(shí)序信號(hào)的產(chǎn)生183、時(shí)序產(chǎn)生器環(huán)形脈沖發(fā)生器193、時(shí)序產(chǎn)生器觸發(fā)器D為電位輸入端，CP（ClockPulse）為脈沖輸入端R,S為電位輸入端特性方程如下D=0時(shí)，CP上升沿到來(lái)時(shí)，D觸發(fā)器狀態(tài)置0D=1時(shí)，CP上升沿到來(lái)時(shí)，D觸發(fā)器狀態(tài)置1<=1=1=0=0=1203、時(shí)序產(chǎn)生器環(huán)形脈沖發(fā)生器CPU發(fā)出總清信號(hào)CLR，使得觸發(fā)器C4置1，門(mén)3打開(kāi)；門(mén)3使得C1-3清001C4、C1-3：1000213、時(shí)序產(chǎn)生器環(huán)形脈沖發(fā)生器經(jīng)過(guò)延遲，C4翻轉(zhuǎn)(1→0)；C1-3：10010C4、C1-3：01000100223、時(shí)序產(chǎn)生器環(huán)形脈沖發(fā)生器經(jīng)過(guò)延遲，C1-3依次變?yōu)椋?10、11110C4、C1-3：0110、01110110C3使得C4置1，門(mén)3打開(kāi)，C1-3：000233、時(shí)序產(chǎn)生器環(huán)形脈沖發(fā)生器C4C1C2C3Φ243、時(shí)序產(chǎn)生器節(jié)拍脈沖的譯碼邏輯（一個(gè)CPU周期包含4個(gè)等間隔的節(jié)拍脈沖）25263、時(shí)序產(chǎn)生器控制器的控制方式控制不同操作序列時(shí)序信號(hào)的方法分類同步控制方式異步控制方式聯(lián)合控制方式27同步控制方式：各個(gè)操作由統(tǒng)一的時(shí)序信號(hào)進(jìn)行同步控制完全統(tǒng)一的機(jī)器周期執(zhí)行各種不同的指令采用不定長(zhǎng)機(jī)器周期(延長(zhǎng)機(jī)器周期)中央控制與局部控制的結(jié)合異步控制方式：無(wú)統(tǒng)一周期、節(jié)拍，各個(gè)操作間采用應(yīng)答方式銜接聯(lián)合控制方式：功能部件內(nèi)部采用同步方式，在功能部件之間采用異步方式3、時(shí)序產(chǎn)生器284、操作控制器根據(jù)微操作信號(hào)發(fā)生器的組成方式不同，控制器可分為：組合邏輯型（硬布線控制器）組合邏輯控制器，微操作信號(hào)發(fā)生器由門(mén)電路組成存儲(chǔ)邏輯型（微程序控制器）微程序控制器，把微操作信號(hào)代碼化，存入控制存儲(chǔ)器中組合邏輯與存儲(chǔ)邏輯結(jié)合型PLA控制器294、操作控制器硬布線控制器采用組合邏輯技術(shù)實(shí)，其控制信號(hào)形成部件是由門(mén)電路組成的復(fù)雜樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)組合邏輯控制器的最大優(yōu)點(diǎn)是速度快，但是控制信號(hào)形成部件的結(jié)構(gòu)不規(guī)整，使得設(shè)計(jì)、調(diào)試、維修較困難，難以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)自動(dòng)化304、操作控制器微程序控制器

采用存儲(chǔ)邏輯來(lái)實(shí)現(xiàn)，即把微操作信號(hào)代碼化，使每條機(jī)器指令轉(zhuǎn)化成為一段微程序并存入控制存儲(chǔ)器（CM）中，控制信號(hào)由微指令產(chǎn)生具有設(shè)計(jì)規(guī)整、調(diào)試、維修以及更改、擴(kuò)充指令方便的優(yōu)點(diǎn)，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化設(shè)計(jì)，已成為當(dāng)前控制器的主流。但是指令執(zhí)行速度比組合邏輯控制器慢組合邏輯和存儲(chǔ)邏輯結(jié)合型

PLA控制器，吸收了前兩種的設(shè)計(jì)思想31控制器的組成框圖微操作控制信號(hào)形成部件程序計(jì)數(shù)器地址形成部件指令譯碼器時(shí)序信號(hào)發(fā)生器程序狀態(tài)寄存器啟停電路