chp5-1-CPU的功能和组成.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1,第五章 中央处理器,返回,2,第五章 中央处理器,5.1CPU,功能和组成,5.2,指令周期,5.3,时序产生器,5.4,微程序控制器及其设计,5.5,硬布线控制器及其设计,5.6,传统,CPU,5.7,流水,CPU,5.8RISC,的,CPU,5.9,多媒体,CPU,3,5,.1 CPU,的功能和组成,1,、,CPU,的功能,指令控制（程序的顺序控制）,操作控制（一条指令有若干操作信号实现）,时间控制（指令各个操作实施时间的定时）,数据加工（算术运算和逻辑运算）,5,2,、,CPU,的基本组成,RD/WR,LDDR,LDIR,LDPC,LDAR,PC+1,6,CPU,的主要寄存器,通用寄存器：,累加寄存器,(,AC,),暂存器,地址缓冲寄存器,(AR),、数据缓冲寄存器,(DR),指令寄存器,(IR),程序计数器,(PC),程序状态寄存器,(PSW),2,、,CPU,的基本组成,7,CPU,的主要寄存器,地址寄存器、数据缓冲寄存器,中转站,补偿速度差别,2,、,CPU,的基本组成,8,CPU,的主要寄存器,程序计数器,PC(Programming Counter),用来存放正在执行的指令的地址或接着将要执行的下一条指令的地址,顺序执行时，每执行一条指令，,PC,的值应加,1,转移类指令将转移目标地址送往,PC,，可实现程序转移,指令寄存器,IR(Instruction Register),用来存放从存储器中取出的待执行的指令,在执行该指令的过程中，指令寄存器的内容不允许发生变化，以保证实现指令的全部功能,2,、,CPU,的基本组成,10,2,、,CPU,的基本组成,指令译码器,ID(Instruction Decoder),指令中的操作码经译码后才能识别出是一条怎样的指令,译码器经过对指令进行分析和解释，产生相应的控制信号,地址形成部件,根据指令的不同寻址方式，用来形成操作数的有效地址,指令流向的控制，即下条指令地址的形成控制,12,3,、时序产生器,时序产生器：提供定时和时序信号,时序产生器的作用：,CPU,中的控制器用它指挥机器的工作,CPU,可以用时序信号,/,周期信息来辨认从内存中取出的是指令（取指）还是数据（执行）,一个,CPU,周期中时钟脉冲对,CPU,的动作有严格的约束,操作控制器发出的各种信号是时间（时序信号）和空间（部件操作信号）的函数,14,3,、时序产生器,微程序控制器，节拍,脉冲二级体制,15,3,、时序产生器,时序信号产生器的构成,时钟源,环形脉冲发生器,节拍脉冲和读写时序译码逻辑,启停控制逻辑,16,3,、时序产生器,脉冲发生器,17,3,、时序产生器,时序信号的产生,18,3,、时序产生器,环形脉冲发生器,20,3,、时序产生器,环形脉冲发生器,CPU,发出总清信号,CLR,，使得触发器,C4,置,1,，门,3,打开；门,3,使得,C1-3,清,0,0,1,C4,、,C1-3,：,1000,21,3,、时序产生器,环形脉冲发生器,经过延迟，,C4,翻转,(1 0),；,C1-3,：,100,1,0,C4,、,C1-3,：,0100,0,1,0,0,23,3,、时序产生器,环形脉冲发生器,C4,C1,C2,C3,24,3,、时序产生器,节拍脉冲的译码逻辑（一个,CPU,周期包含,4,个等间隔的节拍脉冲）,26,3,、时序产生器,控制器的控制方式,控制不同操作序列时序信号的方法,分类,同步控制方式,异步控制方式,联合控制方式,27,同步控制方式：,各个操作由统一的时序信号进行同步控制,完全统一的机器周期执行各种不同的指令,采用不定长机器周期,(,延长机器周期,),中央控制与局部控制的结合,异步控制方式：,无统一周期、节拍，各个操作间采用应答方式衔接,联合控制方式：,功能部件内部采用同步方式，在功能部件之间采用异步方式,3,、时序产生器,28,4,、操作控制器,根据,微操作信号发生器,的组成方式不同，控制器可分为：,组合逻辑型（硬布线控制器）,组合逻辑控制器，微操作信号发生器由门电路组成,存储逻辑型（微程序控制器）,微程序控制器，把微操作信号代码化，存入控制存储器中,组合逻辑与存储逻辑结合型,PLA,控制器,30,4,、操作控制器,微程序控制器,采用存储逻辑来实现，即把微操作信号代码化，使每条机器指令转化成为一段微程序并存入控制存储器（,CM,）中，控制信号由微指令产生,具有设计规整、调试、维修以及更改、扩充指令方便的优点，易于实现自动化设计，已成为当前控制器的主流。但是指令执行速度比组合逻辑控制器慢,组合逻辑和存储逻辑结合型,PLA,控制器，吸收了前两种的设计思想,31,控制器的组成框图,微操作控制信号形成部件,程序计数器,地址形成部件,指令译码器,时序信号,发生器,程序状态,寄存器,启停电路,操作码,寻址方式,地址码,脉冲源,控制台,中断控制逻辑,程序计数器,地址形成部件,时序信号,发生器,程序状态,寄存器,启停电路,脉冲源,中断控制逻辑,指令寄存器,指令译码器,操作码,寻址方式,地址码,控制台,微操作控制信号形成部件,32,33,作业,书本第,181,页，,1,