第3章 處理器架構(gòu)CPU組成

第三章CPU組成3.1CPU的功能和組成1諾依曼機(jī)結(jié)構(gòu)StructureofvonNeumannmachine3.1CPU的功能和組成1諾依曼機(jī)結(jié)構(gòu)StructureofIAS–

detail3.1CPU的功能和組成2CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)3.1CPU的功能和組成3CPU的根本功能指令控制控制程序的執(zhí)行順序。這是首要任務(wù)。操作控制產(chǎn)生每條指令的操作信號，送往相應(yīng)的部件，并控制這些部件按指令的要求進(jìn)行動作時間控制數(shù)據(jù)加工對數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算處理。這是CPU的根本任務(wù)。中斷處理3.1CPU的功能和組成4CPU的根本組成ALU計(jì)算機(jī)的功能精髓存放器——用于CPU內(nèi)部的數(shù)據(jù)存儲內(nèi)部數(shù)據(jù)路徑——用于存放器之間以及存放器與ALU之間的數(shù)據(jù)傳送外部數(shù)據(jù)路徑——用于將存放器連接到內(nèi)存和I/O模塊控制器——引起CPU內(nèi)部的操作發(fā)生3.1CPU的功能和組成5CPU中的主要存放器CPU中的存放器效勞于兩類功能：·用戶可見存放器這些存放器允許機(jī)器語言或匯編語言程序員通過優(yōu)化存放器的使用而減少對主存的訪問·控制和狀態(tài)存放器用來控制CPU的操作并被特權(quán)的操作系統(tǒng)程序用來控制程序的執(zhí)行。3.1CPU的功能和組成5CPU中的主要存放器通用存放器組用戶可編程訪問暫存器對用戶透明累加器AC當(dāng)ALU執(zhí)行全部算術(shù)和邏輯運(yùn)算時，為ALU提供一個工作區(qū)。并暫存ALU運(yùn)算的結(jié)果信息。指令存放器IR用于存放當(dāng)前指令程序計(jì)數(shù)器PC用于存放后繼指令地址程序狀態(tài)字存放器PSW地址存放器AR連接到系統(tǒng)總線的地址線，指定了讀/寫操作的內(nèi)存地址。數(shù)據(jù)存放器MDR連接到系統(tǒng)總線的數(shù)據(jù)線，容有最后一次訪問內(nèi)存的值3.1CPU的功能和組成6操作控制器和時序發(fā)生器微操作與數(shù)據(jù)通路微操作指令分解后的最根本、最簡單、不可再分的操作數(shù)據(jù)通路存放器間傳輸信息的通路3.1CPU的功能和組成6操作控制器和時序發(fā)生器(1)操作控制器決定在什么時間，根據(jù)什么條件，發(fā)出什么命令，做什么操作。為使控制器實(shí)現(xiàn)其功能，必須具有允許它確定系統(tǒng)狀態(tài)的輸入和允許它控制系統(tǒng)行為的輸出。這是控制器的外部標(biāo)準(zhǔn)。內(nèi)部，控制器必須具有完成它的排序和執(zhí)行功能的邏輯。按照微命令的形成方式，通常有兩種類型的控制器：·組合邏輯控制器·微程序控制器(2)時序信號發(fā)生器產(chǎn)生各功能部件所需要的定時控制信號。對控制信號實(shí)施時間控制3.2CPU的工作過程1指令的執(zhí)行過程FI：取指令DI：指令譯碼CO：計(jì)算操作數(shù)地址FO：取操作數(shù)EI：執(zhí)行指令WO：寫操作數(shù)6段指令流水線操作時序圖3.2CPU的工作過程2指令周期3時序發(fā)生器時序信號產(chǎn)生各功能部件所需要的定時控制信號。并對各種控制信號實(shí)施時間上的嚴(yán)格控制。時序發(fā)生器用邏輯電路發(fā)出時序信號3.2CPU的工作過程4控制方式

同步控制方式各項(xiàng)操作與統(tǒng)一的時序信號同步異步控制方式各項(xiàng)操作按其需要選擇不同的時間，不受統(tǒng)一的時序信號約束；各操作之間的銜接與各部件之間的信息交換采取應(yīng)答方式3.2CPU的工作過程1組合邏輯控制器硬連線來自主存+1送M或ALU運(yùn)行狀態(tài)I/O狀態(tài)控制臺信息微命令序列微操作信號發(fā)生器狀態(tài)字寄存器程序計(jì)數(shù)器地址形成部件時序系統(tǒng)譯碼譯碼操作碼地址段(尋址方式、寄存器號)3.3操作控制器2微程序控制器根本思想將存儲邏輯引入CPU，將程序設(shè)計(jì)技術(shù)引入CPU的構(gòu)成級微命令字段微地址字段指令代碼運(yùn)行狀態(tài)微命令序列微地址形成電路微地址寄存器μAR譯碼器微指令存儲器μIRIRPSWPC控制存儲器CM3.3操作控制器兩個層次程序員看到