宁波大学科学技术学院：《计算机组成原理与结构》第五章 中央处理器

牢科学技术学院 第五章中央处理器 2021年2月20日1时16分

2021年2月20日1时16分 1 2021年2月20日1时16分 第五章 中央处理器

牢科学技术学院 第五章中央处狸器 cPU的功能和组成(掌握) 教学要求 指令周期(掌握) 课堂上注意听 时序产生器和控制方式(理解)讲、重要的是 微程序控制器(掌握) 理解 课堂外一定要 微程序设计技术(掌握)看书复习或预 硬布线控制器(理解) 习、完成作业 CPU的新技术(理解) 2021年2月20日1时16分 2

2021年2月20日1时16分 2 2021年2月20日1时16分 第五章 中央处理器 • CPU的功能和组成 (掌握) • 指令周期（掌握） • 时序产生器和控制方式(理解) • 微程序控制器（掌握） • 微程序设计技术（掌握） • 硬布线控制器(理解) • CPU的新技术(理解) 教学要求 • 课堂上注意听 讲、重要的是 理解 • 课堂外一定要 看书复习或预 习、完成作业

牢科学技术学院 5.1cPU的功能和组成 °什么是CPU? 所谓中央处理器是控制计算机来自动完 成取出指令和执行指令任务的部件。它是计 算机的核心部件,通常简称为CPU。 °CPU的基本组成 中央处理器由两个主要部 分控制器和运算器组成。 3J6A996 1876 2021年2月20日1时16分

2021年2月20日1时16分 3 2021年2月20日1时16分 5.1 CPU的功能和组成 •什么是CPU？ 所谓中央处理器是控制计算机来自动完 成取出指令和执行指令任务的部件。它是计 算机的核心部件，通常简称为CPU。 •CPU的基本组成 中央处理器由两个主要部 分——控制器和运算器组成

牢科学技术学院 °控制器 由程序计数器(PC)、指令寄存器(IR)、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。 控制器的主要功能有 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,并产生相应的控制信号。 3输出相应的控制信号,指挥并控制cPU,内存和 I/o之间的数据流动的方向。 2021年2月20日1时16分 4

2021年2月20日1时16分 4 2021年2月20日1时16分 •控制器 由程序计数器(PC)、指令寄存器(IR)、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。 控制器的主要功能有： 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，并产生相应的控制信号。 3.输出相应的控制信号，指挥并控制CPU，内存和 I/O之间的数据流动的方向

牢科学技术学院 °运算器 由算术逻辑单位(ALU)、累加寄存器 (AC)、数据缓冲寄存器(DR)和状态条件寄存器 (PsW)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。 运算器的主要功能: 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。 2021年2月20日1时16分

2021年2月20日1时16分 5 2021年2月20日1时16分 •运算器 由算术逻辑单位（ALU）、累加寄存器 （AC）、数据缓冲寄存器(DR)和状态条件寄存器 (PSW)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。 运算器的主要功能： 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

取指↑ 执行 CPU 算术逻辑单元 控制 控制 ALU 操作控制器 时钟; 状态条件寄存器 时序产生器 状态 反馈 累加器AC C 程序计数器pd 指令译码器 C C 地址寄存器AR 缓冲寄存器DRC指令寄存器IR 地址总线ABUs 存储器 I/O 数据总线DBUs

算术逻辑单元 状态条件寄存器 程序计数器PC 地址寄存器AR 地址总线ABUS 数据总线DBUS 累加器AC 存储器 I/O CPU ALU 指令寄存器IR 指令译码器 操作控制器 时序产生器 时钟 状态 反馈 取指 控制 执行 控制 c c c c c 缓冲寄存器DR

牢科学技术学院 CPU的功能和组成 CPU的主要寄存 1累加寄存器AC 累加寄存器AC通常简称为累加器,它的功能是:当运算 器的算术逻辑单元(ALU)执行全部算术和逻辑运算时 为ALU提供一个工作区。累加寄存器是暂时存放ALU运算 的结果信息。显然,运算器中至少要有一个累加寄存器。 2指令寄存器IR 指令寄存器用来保存当前正在执行的一条指令。存放从 内存中取出的指令;其中指令的操作码送到指令译码器, 译码后输出控制信号。 2021年2月20日1时16分

2021年2月20日1时16分 7 2021年2月20日1时16分 CPU的功能和组成 • CPU的主要寄存 1.累加寄存器 器 AC 累加寄存器AC通常简称为累加器，它的功能是：当运算 器的算术逻辑单元（ALU）执行全部算术和逻辑运算时， 为ALU提供一个工作区。累加寄存器是暂时存放ALU运算 的结果信息。显然，运算器中至少要有一个累加寄存器。 2.指令寄存器IR 指令寄存器用来保存当前正在执行的一条指令。存放从 内存中取出的指令；其中指令的操作码送到指令译码器， 译码后输出控制信号

牢科学技术学院 3.程序计数器PC 程序计数器中存放的是下一条指令在内存中的地址 若程序顺序执行:PC←PC+1;若程序有跳转 PC←PC+偏移地址。 4.状态条件寄存器PsW 状态条件寄存器保存由算术指令和逻辑指令运行或测试的结果 建立的各种条件码内容,同时状态条件寄存器还保存中断和系 统工作状态等信息,以便使CPU和系统能及时了解机器运行状 态和程序运行状态。因此,状态条件寄存器是一个由各种状态 条件标志拼凑而成的寄存器。 ODITSZAPC O溢出D方向Ⅰ中断允许T追踪 S符号Z零A辅助进位P奇偶 C进位 2021年2月20日1时16分 8

2021年2月20日1时16分 8 2021年2月20日1时16分 3. 程序计数器PC 程序计数器中存放的是下一条指令在内存中的地址。 若程序顺序执行：PC  PC+1；若程序有跳转： PCPC+偏移地址。 4. 状态条件寄存器PSW 状态条件寄存器保存由算术指令和逻辑指令运行或测试的结果 建立的各种条件码内容，同时状态条件寄存器还保存中断和系 统工作状态等信息，以便使CPU和系统能及时了解机器运行状 态和程序运行状态。因此，状态条件寄存器是一个由各种状态 条件标志拼凑而成的寄存器。 O 溢出 D 方向 I 中断允许 T 追踪 S 符号 Z 零 A 辅助进位 P 奇偶 C 进位 O D I T S Z A P C

牢科学技术学院 CPU的功能和组成 5.地址寄存器AR 地址寄存器用来保存当前cPU所访问的内存单元的 地址。由于在内存和cPU之间存在着操作速度上的差别 所以必须使用地址寄存器来保持地址信息,直到内存的 读/写操作完成为止。 6.缓冲寄存器DR 缓冲寄存器用来暂时存放由內存储器读出的一条指令 或一个数据字;反之,当向内存存入一条指令或一个数据 字时,也暂时将它们存放在缓冲寄存器中。 2021年2月20日1时16分 9

2021年2月20日1时16分 9 2021年2月20日1时16分 CPU的功能和组成 5. 地址寄存器AR 地址寄存器用来保存当前CPU所访问的内存单元的 地址。由于在内存和CPU之间存在着操作速度上的差别， 所以必须使用地址寄存器来保持地址信息，直到内存的 读/写操作完成为止。 6. 缓冲寄存器DR 缓冲寄存器用来暂时存放由内存储器读出的一条指令 或一个数据字；反之，当向内存存入一条指令或一个数据 字时，也暂时将它们存放在缓冲寄存器中

牢科学技术学院 CPU的功能 (1)指令控制:程序是指令的有序集合,保证机器 按规定的顺序执行程序。 (2)操作控制:cPU管理并产生由内存取出的每条指 令的操作信号,并把各种操作信号送往相应的部件, 从而控制这些部件按指令的要求进行动作。 (3)时间控制:对各种操作实施时间上的控制,计算 机中各种指令的操作信号均受到时间的严格控制。 4)数据加工:对数据进行算术运算和逻辑运算处 理。完成数据的加工处理,这是cPU的根本的任务。 2021年2月20日1时16分

2021年2月20日1时16分 10 2021年2月20日1时16分 CPU的功能 （4）数据加工： 对数据进行算术运算和逻辑运算处 理。完成数据的加工处理，这是CPU的根本的任务。 （1）指令控制 ：程序是指令的有序集合，保证机器 按规定的顺序执行程序。 （2）操作控制：CPU管理并产生由内存取出的每条指 令的操作信号，并把各种操作信号送往相应的部件， 从而控制这些部件按指令的要求进行动作。 （3）时间控制： 对各种操作实施时间上的控制，计算 机中各种指令的操作信号均受到时间的严格控制