第5章处理器.PDF

第 5 章 处 理 器 在第 2 章中看到，通过检查可知，由处理器（Processor ）执行的功能可以划分成以下 三个单元（参见图 5.1 ）。 （1）控制器 （Control Unit ），它负责： ① 从存储器中获取指令。 ② 解码这些指令。 ③ 对微命令进行排序，确保所识别的指令的操作。 （2 ）处理单元 （Processing Unit ），它产生基本算术和逻辑运算的结果。 （3 ）寄存器 （Register ），它用于把处理单元处理的信息存储进存储器中。 图 5.1 处理器的组件 在按顺序发送的微命令的环境中，将使用以下术语。 （1）微指令 （Microinstruction ）：一个布尔型（Boolean ）矢量，表示这些来源于控制器 的微命令的逻辑状态。 （2 ）微操作 （Micro-Operation ）：微指令的执行（参见 图 5.2 ）。 本章在介绍了一个指令执行的示例之后，将详细描述控制 图 5.2 微命令和微指令 器的组件及其设计中所涉及的概念。 5.1 控 制 总 线 我们强调了处理器任务的必要性：读取指令、解码、执行、读取指令等。这种循环可 以通过外部信号改变，这些信号是在控制总线 （Control Bus ）的线路上传送的。我们已经 提过了等待线路的情况（参见图 5.3 ）。 还有其他一些来源于处理器的信号，用于指示处理器的内部状态或者给外部设备提供 信息（图 5.4 中显示了确认的示例），它们是在这条相同的总线上传送的。 通常通过触发器来记住控制线路的状态，然后反遇出激活它们的事件。 56 计算机体系结构 图 5.3 控制线路的测试 图 5.4 控制线路 5.1.1 复位线路 复位 （Reset ）线路将导致处理器“重新引导”。当这条线路改变状态时，将初始化多 个触发器和内部寄存器，然后获得引导地址。 （1）直接：利用给定的值初始化程序计数器（Intel I8080 和 Intel I8086 微处理器就是这 样，对于前者来说，将把程序计数器复位为 0 ；对于后者来说，其物理（Physical ）引导地 址是 FFFF016 ）。 （2 ）间接：程序计数器在加载时具有一个值，它是处理器从存储器中的某个固定地址 （例如，8 位 Motorola MC6800 微处理器中的 FFFE16 和 FFFF16，参见图 5.5 ）获取的。 图 5.5 Motorola MC6800 中的引导方式 5.1.2 保持线路 当除了处理器以外的某个单元（另一个处理器或交换器）尝试控制总线时，就会使用 保持 （Hold ）线路。如果这个尝试成功，处理器就必须放弃访问总线。协议使用控制总线 的两条线路：HOLD （保持）线路和HOLD Acknowledge （保持确认）线路。为了响应这 保持请求，处理器将发送一个确认，指示数据和地址总线切换为“高阻抗”状态。然后就 称处理器处于空闲模式 （Idle Mode ）。 5.1.3 等待控制线路 如我们已经见过的，当处理器（或者另一个输入输出设备）尝试获得长时间访问存储 器的权 限时，等待控制 （Wait Control ）线路就被证明是必要的。这种 WAIT （等待）控制 第 5 章 处 理 器 57 线路或 READY （就绪）线路允许处理器在读或写操作期间插入等待周期 （Wait Cycle ）或 等待状态 （Wait State ），同时等待必需的数据变得可用，或者输入输出单元做好准备。 5.1.4 中断线路 中断 （Interrupt ）线路用于把外部事件考虑在内。可以执行一个指令