《计算机组成原理》 第四版 科学出版社版 第5章 课件.ppt

第五章　中央处理器 5.1 中央处理器的功能和组成 5.2 指令周期 5.3 时序产生器和控制方式 5.4 微程序控制器 5.5 硬连线控制器 5.6 传统CPU 5.7 流水CPU 5.8 RISC CPU 5.9 多媒体CPU 5.1 中央处理器的功能和组成 5.1.1 CPU的功能 5.1.2 CPU的基本组成 5.1.3 CPU中的主要寄存器 5.1.4 操作控制器与时序产生器 5.1.1 CPU的功能 5.1.2 CPU的基本组成 CPU的基本三大部分: 1、控制器组成： 控制器组成（续1） 控制器组成（续2） 控制器组成（续3） 2、运算器组成： 3、CACHE组成： 5.1.3 CPU中的主要寄存器 各种计算机的CPU可能有这样或那样的不同，但是在CPU中至少要有6类寄存器： CPU中的主要寄存器（续1） CPU中的主要寄存器（续2） CPU中的主要寄存器（续3） CPU中的主要寄存器（续4） CPU中的主要寄存器（续5） CPU中的主要寄存器（续6） 5.1.4 操作控制器与时序产生器 通常把许多寄存器之间传送信息的通路，称为数据通路。 5.1.4 操作控制器与时序产生器 根据设计方法不同，操作控制器可分为两种: 时序产生器 因为计算机高速地进行工作，每一个动作的时间是非常严格的，不能太早也不能太迟。时序产生器的作用，就是对各种操作信号实施时间上的控制。 5.2 指令周期 5.2.1 指令周期的基本概念 5.2.2 MOV指令的指令周期 5.2.3 LAD指令的指令周期 5.2.4 ADD指令的指令周期 5.2.5 STO指令的指令周期 5.2.6 JMP指令的指令周期 5.2.7 用方框图语言表示 指令周期 5.2.1 指令周期的基本概念 指令周期的基本概念（续1） 指令周期的基本概念（续2） 指令周期的基本概念（续3） 用主存的工作周期(存取周期)为基础来规定CPU周期。 不同的指令，可能包含不同数目的机器周期。 时钟周期 三者关系： 提示 5.2.2 MOV指令的指令周期 下面我们用一个模型机来介绍指令周期概念 主要包括： 1、取指周期 ①PC?Abus 2、执行周期 ①选R1为源，选R0为目标。 5.2.3 LAD指令的指令周期 1、取指周期： 同MOV指令的取指周期完全一样。 2、执行周期： 5.2.4 ADD指令的指令周期 1、取指周期： 同MOV指令的取指周期完全一样。 2、执行周期： 5.2.5 STO指令的指令周期 1、取指周期： 同MOV指令的取指周期完全一样。 2、执行周期： 5.2.6 JMP指令的指令周期 1、取指周期： 同MOV指令的取指周期完全一样。 2、执行周期： 5.2.7 用方框图语言表示指令周期 1、方框： 2、菱形： 3、方向线： 4、公操作： 例子5.1 如图所示，为一个双总线结构的数据通路。其中，六个主要寄存器，画出了五个。各个微操作全部标出。 ⑴ADD R2,R0 画出其指令流程图。 ⑵SUB R1,R3 画出其指令流程图。 1、ADD R2,R0的功能 2、取指周期： 3、执行周期： 5.2.8小结 一条指令包括一个取指令周期和一个及一个以上的执行周期组成 在每个CPU周期中数据通路是明确的 数据通路的建立及操作受到操作控制器的控制，当然决定于是什么指令。 5.3 时序产生器和控制方式 5.3.1 时序信号的作用和机制 5.3.2 时序信号产生器 5.3.3 控制方式 5.3.1 时序信号的作用和机制 我们学习、工作和休息都有一个严格的作息时间。 比如早晨6∶00起床；8∶00～12∶00上课，12∶00～14∶00午休……每个教师和学生都必须严格遵守这一规定，否则就难以保证正常的教学秩序。CPU中也有一个类似“作息时间”的东西，它称为时序信号。 一、作用 计算机所以能够准确、迅速、有条不紊地工作，正是因为在CPU中有一个时序信号产生器 用二进制码表示的指令和数据都放在内存里，那么CPU是怎样识别出它们是数据还是指令呢？ 从时间上来说，取指令事件发生在指令周期的第一个CPU周期中，即发生在“取指令”阶段，而取数据事件发生在“执行指令”阶段。 二、体制 5.3.2 时序信号产生器 一、功能 产生时序信号 各型计算机产生时序电路不相同 大、中型计算机的时序电路复杂，微型计算机的时序电路简单 二、构成 时钟源 环形脉冲发生器 节拍脉冲和读写时