计算机组成原理第5章--中央处理器.ppt

第5章中央处理器;介绍CPU的功能和组成；

通过具体例子介绍指令周期的概念，深入了解指令的执行过程；

简单介绍时序产生器和控制方式；

详细介绍微程序控制器的原理和设计技术；

简单介绍硬布线控制器的设计思想；

了解传统CPU的结构的根底上，进一步了解流水CPU、RISCCPU、多媒体CPU等先进的计算机科学技术。;5.1CPU的功能和组成;CPU是利用大规模集成电路技术，把运算器和控制器集成在一片芯片上，是微型计算机中的运算控制部件，它本身不具备微型计算机硬件的全部功能，即其本身不构成独立工作系统，因此它不能独立地执行程序。CPU其主要任务是执行指令序列，对系统的各个部件进行统一的协调和控制。通常由算术逻辑部件〔ALU〕、控制部件、存放器组等几局部组成。;1、CPU的功能;2、CPU的根本组成;;3、CPU中的主要存放器;4、CPU操作控制器与时序产生器;5.2指令周期;各种周期的动态演示;1、指令周期的根本概念;2、几种典型指令周期分析——CLA;取指令周期;执行周期;几种典型指令周期分析〔ADD〕;ADD指令的指令周期;几种典型指令周期分析〔STA〕;;STA指令的指令周期;几种典型指令周期分析〔NOP和JMP〕;几种典型指令周期分析;3、用方框图语言表示指令周期;指令周期分析及方框图表示例如;5.3时序产生器和控制方式;一、时序信号的作用和体制〔1〕;一、时序信号的作用和体制〔2〕;二、时序信号产生器;节拍电位与节拍脉冲时序关系图;三、控制方式〔1〕;三、控制方式〔2〕;5.4微程序控制器;主要内容：

一、根本概念：

微命令和微操作

微指令和微程序

二、微程序控制器原理

三、微程序设计举例

四、两种关系：

CPU周期与微指令周期的关系

机器指令与微指令的关系;一、微命令和微操作〔1〕;一、微命令和微操作〔2〕;二、微指令和微程序;三、微程序控制器原理;四、微程序设计举例;举例：设计“十进制加法”运算指令的微程序:

仍以运算器为例，并假设参加运算的两个十进制数已经分别存入存放器R1、R2中，要调整的数据6放到R3存放器中：;首先确定实现“十进制加法”运算的算法，根据算法画出指令流程.

算法:〔1〕R1+R2存入R2；

〔2〕R2+R3存入R2；

〔3〕测试进位标志CY，假设CY=0，表示不该加6，需要将R2-6后存入R2；假设CY=1，表示该加6，R2中就是十进制运算结果。

〔指令流程也是微程序的一种表示形式〕;第二步确定微指令的格式：

按前面已经给出一种微指令的格式。〔实际上微指令的格式及如何编码都有很多种方法，这里给出的是一种比较直观的方法〔直接表示法〕，5.5节将详细介绍多种设计方法。〕

根据每一条微指令所需要控制信号和微指令的格式分别写出四条微指令的编码。

将上述四条微指令按顺序排列构成“十进制加法”的微程序〔编码形式〕。;五、CPU周期与微指令周期的关系;六、机器指令与微指令的关系;5.5微程序设计技术;一、微命令编码;二、微地址形成的方法〔1〕;二、微地址形成的方法〔2〕;三、微指令格式〔1〕;三、微指令格式〔2〕;三、微指令格式〔3〕;四、动态微程序;5.6硬布线控制器;硬布线控制器设计〔1〕;硬布线控制器设计〔2〕;5.7传统CPU简介;5.7流水CPU简介;一、并行处理技术;二、流水CPU的结构;流水CPU的时空图;三、流水线中的主要问题;四、奔腾CPU;5.9RISCCPU;5.10多媒体CPU;一、多媒体技术的主要问题;二、MMX技术;三、动态执行技术;实验:实验计算机的设计;实验:实验计算机的设计;Pentium4的逻辑结构;Pentium4处理器的逻辑结构;Pentium4处理器的芯片布局;Pentium4的存放器组;Pentium4的超标量结构运算器;采用超标量〔superscalar〕结构，一共包含9个ALU，均可同时工作：

2个高速整数ALU(每个时钟周期进行2次操作)，用于完成简单的整数运算(如加、减法)

1个慢速整数ALU(需要多个时钟周期才能完成1次操作)，用于完成整数乘、除法运算

2个地址生成部件〔AGU〕，用于计算操作数的有效地址，所生成的地址分别用于从内存取操作数或向内存保存操作结果

1个ALU用于完成浮点操作数地址的计算