湖南农业大学：《计算机组成原理教案》第五章 中央处理器（蒋邵平）

第五章中央处理器

第五章 中央处理器

5.CPU的组成和功能 51.1CPU器的功能 CPU它具有如下四方面的基本功能: ★指令控制 ★操作控制 ★时间控制 ★数据加工

5.1 CPU的组成和功能 5.1.1 CPU器的功能 CPU它具有如下四方面的基本功能： ★ 指令控制 ★ 操作控制 ★ 时间控制 ★ 数据加工

5.1.2CPU的基本组成和5.1.3CPU中的主要寄存器 CPU的基本部分由运算器、 cache和控制器三大部分组成

5.1.2 CPU的基本组成 和 5.1.3 CPU中的主要寄存器 CPU的基本部分由运算器、cache和控制器三大部分组成

控制器 由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序产生器和操作 控制器组成,它是发布命令的“决策机构”,即完成协调和指挥整 个计算机系统的操作。它的主要功能有: (1)从内存中取出一条指令,并指出下一条指令在内存中的位置; (2)对指令进行译码或测试,并产生相应的操作控制信号,以便启动 规定的动作; (3)指挥并控制CPU、内存和输入/输出设备之间数据流动的方向

控制器 由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序产生器和操作 控制器组成，它是发布命令的“决策机构”，即完成协调和指挥整 个计算机系统的操作。它的主要功能有： (1) (2)对指令进行译码或测试，并产生相应的操作控制信号，以便启动 规定的动作； (3)指挥并控制CPU、内存和输入/输出设备之间数据流动的方向

运算器 由算术逻辑单元(ALU)、累加寄存器、数据缓冲寄存器和状态 条件寄存器组成,它是数据加工处理部件。相对控制器而言,运算 器接受控制器的命令而进行动作,即运算器所进行的全部操作都是 由控制器发出的控制信号来指挥的,所以它是执行部件。运算器有 两个主要功能: (1)执行所有的算术运算; (2)执行所有的逻辑运算,并进行逻辑测试,如零值测试或两个值的 比较。 CPU模型参看

运算器 由算术逻辑单元(ALU)、累加寄存器、数据缓冲寄存器和状态 条件寄存器组成，它是数据加工处理部件。相对控制器而言，运算 器接受控制器的命令而进行动作 ，即运算器所进行的全部操作都是 由控制器发出的控制信号来指挥的，所以它是执行部件。 运算器有 两个主要功能： (1) (2)执行所有的逻辑运算，并进行逻辑测试，如零值测试或两个值的 比较。 CPU模型参看

5.1.4操作控制器与时序产生器 数据通路:许多寄存器之间传送信息的通路 时序产生器:产生电平和脉冲,规定指令执行时间等 操作控制器:就是根据指令操作码和时序信号,产生各 种操作控制信号,以便正确地建立数据通路,从而完成 取指令和执行指令的控制

5.1.4 操作控制器与时序产生器 数据通路：许多寄存器之间传送信息的通路 时序产生器：产生电平和脉冲，规定指令执行时间等。 操作控制器：就是根据指令操作码和时序信号，产生各 种操作控制信号，以便正确地建立数据通路，从而完成 取指令和执行指令的控制

根据设计方法不同,操作控制器可分为时序逻辑型、存储逻辑型、 时序逻辑与存储逻辑结合型三种。 1硬布线控制器 是采用时序逻辑技术来实现的 2微程序控制器 是采用存储逻辑来实现的; 3前两种方式的组合

根据设计方法不同，操作控制器可分为时序逻辑型、存储逻辑型、 时序逻辑与存储逻辑结合型三种。 1.硬布线控制器 是采用时序逻辑技术来实现的； 2.微程序控制器 是采用存储逻辑来实现的； 3.前两种方式的组合

5.2指令周期 5.2.1指令周期的基本念 指令周期CPU从内存取出一条指令并执行这条指令的时间 总和 CPU周期又称机器周期,CPU访问一次内存所花的时间较 长,因此用从内存读取一条指令字的最短时间来定义。 时钟周期通常称为节拍脉冲或T周期。一个CPU周期包含 若干个时钟周期

5.2 指令周期 5.2.1 指令周期的基本概念 指令周期 CPU从内存取出一条指令并执行这条指令的时间 总和。 CPU周期 又称机器周期，CPU访问一次内存所花的时间较 长，因此用从内存读取一条指令字的最短时间来定义。 时钟周期 通常称为节拍脉冲或T周期。一个CPU周期包含 若干个时钟周期

下图示出了采用定长CPU周期的指令周期示意图 T冏期 T1- T2 T3 T4 T2 T3 T4 CPU期 CPU期 (取指令) (执行指令) 指令周期

下图示出了采用定长CPU周期的指令周期示意图

5.2.2-5.2.5指令周期 1 CLA (2)ADD30 (3)STA40 (4 NOP 5 JMP 我们把前面的五条典型指令取指和执行过程

5.2.2 –5.2.5 指令周期 （1）CLA （2）ADD 30 （3）STA 40 （4）NOP （5）JMP 我们把前面的五条典型指令取指和执行过程