《计算机组成原理》课程教学资源（PPT课件讲稿）第4章 处理器（CPU）

第4章处理器(CPU) 41引言 42逻辑设计的一般方法 43建立数据通路 44一个简单的实现机制 45多周期实现机制

第4章 处理器（CPU） 4.1 引言 4.2 逻辑设计的一般方法 4.3 建立数据通路 4.4 一个简单的实现机制 4.5 多周期实现机制

4.1引言 计算机的组成 Control unit CPU Path: multipleXors Datapath ALU Computer Memory Registers yo interface

4.1 引言 一 . 计算机的组成 Computer CPU Memory I/O interface Control unit Datapath Path: multiplexors ALU Registers ……

4.1引言 CPU的基本功能: 自动地、连续地取出指令、解释指令、执行指令 (1)程序控制 保证机器按一定顺序执行程序是cPU的首要任 务 (2)操作控制 条指令的功能往往是由若干个操作信号的组 合来实现的

4.1 引言 二. CPU的基本功能： 自动地、连续地取出指令、解释指令、执行指令。 （1）程序控制 保证机器按一定顺序执行程序是CPU的首要任 务。 （2）操作控制 一条指令的功能往往是由若干个操作信号的组 合来实现的

4.1引言 (3)时间控制 对各种操作实施时间上的控制称为时间 控制 各种指令的操作信号均受到时间的严 格控制; 条指令的整个执行过程也受到时间 的严格控制。 (4)数据加工

4.1 引言 （3）时间控制 对各种操作实施时间上的控制称为时间 控制. ◼ 各种指令的操作信号均受到时间的严 格控制； ◼ 一条指令的整个执行过程也受到时间 的严格控制。 （4）数据加工

4.1引言 三,一个基本的MIPS实现 ■存储器访问指令 W和sw 算术逻辑指令 add, sub, and, or, slt 分支指令 beq

4.1 引言 三. 一个基本的MIPS实现 ◼ 存储器访问指令 ◼ lw 和 sw ◼ 算术逻辑指令 ◼ add, sub, and, or, slt ◼ 分支指令 ◼ beq ◼ j

四.MIPS子集的基本实现 1CPU主要功能单元 不能直接将数据线简 单连在一起 Add 使用多选器 Add Data Register #f Pc如 Address Instruction Registers ALU F- Address Register# Data Instruction memory memory Register Data

四. MIPS子集的基本实现 1. CPU主要功能单元 ◼ 不能直接将数据线简 单连在一起 使用多选器

2.增加了多选器和控制信号的cPU Add Add ALU operation H Data Register MemWrite Registers ALU Address Register Zero Data Instruction memory memory Register # RegWrite Data Mem Read Control

2. 增加了多选器和控制信号的CPU

4.2逻辑设计的一敷方法 主要的逻辑单元 1.组合单元:一个操作单元,如与门或ALU 处理数据值 输出是输入的函数 2.状态单元:一个存储单元(元件),如寄存器 或存储器。 存放信息 至少有两个输入(要写入的数据值和决定 何时写入的时钟信号)

4.2 逻辑设计的一般方法 一. 主要的逻辑单元 1. 组合单元：一个操作单元，如与门或ALU。 ◼ 处理数据值 ◼ 输出是输入的函数 2. 状态单元：一个存储单元（元件），如寄存器 或存储器。 ◼ 存放信息 ◼ 至少有两个输入（要写入的数据值和决定 何时写入的时钟信号）

4.2逻辑设计的一敷方法 时序系统 1.时序发生器:产生时钟周期节拍、脉冲等 时序信号的部件。 个脉冲源:又称主振荡器,提供CPU的时钟基准 组计数分频逻辑:主振的输出经过一系列计数分频, 产生时钟周期(节拍)信号。 振荡器 分频器 基准时钟 时钟周期(节拍)

4.2 逻辑设计的一般方法 二. 时序系统 1. 时序发生器：产生时钟周期节拍、脉冲等 时序信号的部件。 一个脉冲源： 一组计数分频逻辑： 又称主振荡器，提供CPU的时钟基准 主振的输出经过一系列计数分频， 产生时钟周期（节拍）信号。 振荡器 分频器 基准时钟 时钟周期(节拍)

4.2逻辑设计的一敷方法 2.时钟:一个具有固定周期时间的不停运转的信号。 高电平时钟 低电平时钟 下降沿 时钟周期 上升沿 3.时钟同步方法:一种根据时钟来决定数据何时 有效和稳定的方法。 又称为时钟方法,即同步控制方式。 与之相反的即异步控制方式

4.2 逻辑设计的一般方法 2. 时钟：一个具有固定周期时间的不停运转的信号。 时钟周期 低电平时钟 高电平时钟 上升沿 下降沿 3. 时钟同步方法：一种根据时钟来决定数据何时 有效和稳定的方法。 ➢又称为时钟方法，即同步控制方式。 ➢与之相反的即异步控制方式