中央處理器(上)

1、 本章主要討論：本章主要討論： 運(yùn)算器運(yùn)算器 控制器控制器 數(shù)據(jù)通路數(shù)據(jù)通路 與外部的連接與外部的連接 指令的執(zhí)行過(guò)程指令的執(zhí)行過(guò)程 CPUCPU組成組成 CPUCPU工作原理工作原理 由由ALU、AC、DR和和PSW組成；是數(shù)據(jù)加組成；是數(shù)據(jù)加 工處理部件；在控制器的指揮下運(yùn)行。工處理部件；在控制器的指揮下運(yùn)行。 ： ： ：PCPC、指令寄存器（指令寄存器（IRIR） 、指令譯碼器（指令譯碼器（IDID）、 時(shí)序產(chǎn)生器時(shí)序產(chǎn)生器和和操作控制器操作控制器； “決策機(jī)構(gòu)決策機(jī)構(gòu)” ，協(xié)調(diào)和指揮整個(gè)系統(tǒng)的操作。，協(xié)調(diào)和指揮整個(gè)系統(tǒng)的操作。 （1）取指令，并指出下一條指令的位置。取指令，并指出下一條

2、指令的位置。 （2）對(duì)指令譯碼或測(cè)試，產(chǎn)生相應(yīng)操作控對(duì)指令譯碼或測(cè)試，產(chǎn)生相應(yīng)操作控 制信號(hào)，以啟動(dòng)規(guī)定的動(dòng)作。制信號(hào)，以啟動(dòng)規(guī)定的動(dòng)作。 （3）指揮并控制指揮并控制CPU、內(nèi)存內(nèi)存和和I/O設(shè)備之間設(shè)備之間 數(shù)據(jù)流動(dòng)的方向。數(shù)據(jù)流動(dòng)的方向。 ： 或或，采用時(shí)序邏輯技術(shù)實(shí)現(xiàn)。，采用時(shí)序邏輯技術(shù)實(shí)現(xiàn)。 ：速度快；速度快； ：設(shè)計(jì)、調(diào)試、維修困難，難實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)自動(dòng)化。設(shè)計(jì)、調(diào)試、維修困難，難實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)自動(dòng)化。 微地址微地址 形成電路形成電路 IR PSW PC 微地址寄存器微地址寄存器 AR 控制存儲(chǔ)器控制存儲(chǔ)器CM 譯碼器譯碼器 微命令序列微命令序列 微命令字段微命令字段 微地址字段微地址字段 IR

3、 入口地址入口地址 1 1 PLAPLA IR IR 入口地址入口地址 2 2 ，組合兩者優(yōu)點(diǎn)，盡量克服兩者的缺點(diǎn)，組合兩者優(yōu)點(diǎn)，盡量克服兩者的缺點(diǎn)， 是一種較有前途的方法。是一種較有前途的方法。 組合邏輯控制器原理組合邏輯控制器原理 控制器組成控制器組成 微命令微命令 發(fā)生器發(fā)生器 微命令序列微命令序列 I/OI/O狀態(tài)狀態(tài) 控制臺(tái)信息控制臺(tái)信息 運(yùn)行狀態(tài)運(yùn)行狀態(tài) 譯碼譯碼 . PSW PSW 時(shí)序時(shí)序 IR IR 地址形成地址形成 PCPC D 尋尋 來(lái)自來(lái)自M 送送M或或ALU +1 送送M 微命令微命令 發(fā)生器發(fā)生器 微命令序列微命令序列 I/OI/O狀態(tài)狀態(tài) 控制臺(tái)信息控制臺(tái)信息 運(yùn)

4、行狀態(tài)運(yùn)行狀態(tài) 譯碼譯碼 . PSW PSW 時(shí)序時(shí)序 IR IR 地址形成地址形成 PCPC D 尋尋 來(lái)自來(lái)自M 送送M或或ALU +1 送送M 微命令微命令 發(fā)生器發(fā)生器 1.1.微命令發(fā)生器微命令發(fā)生器 功能：功能： 產(chǎn)生全機(jī)所需的各種產(chǎn)生全機(jī)所需的各種微命令微命令 控制最基本的操作控制最基本的操作( (微操作微操作) )的命令的命令 電位型電位型 脈沖型脈沖型 微命令微命令 發(fā)生器發(fā)生器 微命令序列微命令序列 I/OI/O狀態(tài)狀態(tài) 控制臺(tái)信息控制臺(tái)信息 運(yùn)行狀態(tài)運(yùn)行狀態(tài) 譯碼譯碼 . PSW PSW 時(shí)序時(shí)序 IR IR 地址形成地址形成 PCPC D 尋尋 來(lái)自來(lái)自M 送送M或或A

5、LU +1 送送M 2.2.指令計(jì)數(shù)器指令計(jì)數(shù)器PCPC 功能：功能： 指示指令在指示指令在M中的位置。中的位置。 PC+1PC+1 順序執(zhí)行：順序執(zhí)行： PCPC先先+1+1，再用轉(zhuǎn)移地址修改，再用轉(zhuǎn)移地址修改PCPC 微命令微命令 發(fā)生器發(fā)生器 PCPC 轉(zhuǎn)移執(zhí)行：轉(zhuǎn)移執(zhí)行： 3.3.指令寄存器指令寄存器IRIR 功能：功能： 存放現(xiàn)行指令。存放現(xiàn)行指令。 決定操作決定操作 性質(zhì)性質(zhì) 操作碼字段操作碼字段 操作數(shù)地址操作數(shù)地址 轉(zhuǎn)移地址轉(zhuǎn)移地址 PCPC 微命令微命令 發(fā)生器發(fā)生器 微命令序列微命令序列 I/OI/O狀態(tài)狀態(tài) 控制臺(tái)信息控制臺(tái)信息 運(yùn)行狀態(tài)運(yùn)行狀態(tài) 譯碼譯碼 . PSW P

6、SW 時(shí)序時(shí)序 IR IR 地址形成地址形成 D 尋尋 來(lái)自來(lái)自M 送送M或或ALU +1 送送M 微命令微命令 發(fā)生器發(fā)生器 PCPC IR IR 地址碼字段地址碼字段 譯碼器譯碼器微命令發(fā)生器微命令發(fā)生器 地址形成部件地址形成部件 尋尋 D 4.4.狀態(tài)寄存器狀態(tài)寄存器PSWPSW 功能：功能： 指示程序運(yùn)行方式，反映程序運(yùn)行結(jié)果。指示程序運(yùn)行方式，反映程序運(yùn)行結(jié)果。 例例. 某機(jī)的某機(jī)的PSWPSW PCPC 微命令微命令 發(fā)生器發(fā)生器 微命令序列微命令序列 I/OI/O狀態(tài)狀態(tài) 控制臺(tái)信息控制臺(tái)信息 運(yùn)行狀態(tài)運(yùn)行狀態(tài) 譯碼譯碼 . PSW PSW 時(shí)序時(shí)序 IR IR 地址形成地址形成

7、 D 尋尋 來(lái)自來(lái)自M 送送M或或ALU +1 送送M 微命令微命令 發(fā)生器發(fā)生器 PCPC IR IR PSW PSW 工作方式工作方式 優(yōu)先級(jí)優(yōu)先級(jí) T T N Z V CN Z V C 15 12 11 8 7 6 5 4 3 2 1 015 12 11 8 7 6 5 4 3 2 1 0 5.5.時(shí)序線(xiàn)路時(shí)序線(xiàn)路 功能：功能： 控制操作時(shí)間和操作時(shí)刻。控制操作時(shí)間和操作時(shí)刻。 PCPC 微命令微命令 發(fā)生器發(fā)生器 微命令序列微命令序列 I/OI/O狀態(tài)狀態(tài) 控制臺(tái)信息控制臺(tái)信息 運(yùn)行狀態(tài)運(yùn)行狀態(tài) 譯碼譯碼 . PSW PSW 時(shí)序時(shí)序 IR IR 地址形成地址形成 D 尋尋 來(lái)自來(lái)自M

8、 送送M或或ALU +1 送送M 微命令微命令 發(fā)生器發(fā)生器 PCPC IR IR PSW PSW 時(shí)序時(shí)序 振蕩器振蕩器分頻器分頻器 時(shí)鐘脈沖時(shí)鐘脈沖 工作脈沖工作脈沖 時(shí)鐘周期時(shí)鐘周期( (節(jié)拍節(jié)拍) ) 產(chǎn)生電位產(chǎn)生電位 型微命令型微命令, 控制操作控制操作 時(shí)間段時(shí)間段 產(chǎn)生脈沖型產(chǎn)生脈沖型 微命令，控微命令，控 制定時(shí)操作制定時(shí)操作 指令周期、指令周期、CPUCPU周期、時(shí)鐘周期間的關(guān)系：周期、時(shí)鐘周期間的關(guān)系： 執(zhí)行指令階段執(zhí)行指令階段 取指令取指令 PC+1 對(duì)指令對(duì)指令 譯碼譯碼 執(zhí)行指令執(zhí)行指令 開(kāi)始開(kāi)始 一個(gè)一個(gè)CPU周期周期一個(gè)一個(gè)CPU周期周期 取指令階段取指令階段 取

9、下條指令取下條指令 PC+1 開(kāi)始開(kāi)始 取指令取指令 PC+1 對(duì)指令對(duì)指令 譯碼譯碼 送操作數(shù)送操作數(shù) 地址地址 執(zhí)行加操作執(zhí)行加操作 一個(gè)一個(gè)CPU周期周期一個(gè)一個(gè)CPU周期周期 取指令階段取指令階段執(zhí)行指令階段執(zhí)行指令階段 取出操作數(shù)取出操作數(shù) 一個(gè)一個(gè)CPU周期周期 取下條指令取下條指令 PC+1 PC AR； (PC)+1 PC； AR ABUS； 內(nèi)存單元內(nèi)存單元21的內(nèi)容的內(nèi)容 DBUS DR； DR IR； IR中操作碼被譯碼或測(cè)試；中操作碼被譯碼或測(cè)試； CPU識(shí)別出是識(shí)別出是ADD指令。指令。 取指令取指令 PC+1 對(duì)指令對(duì)指令 譯碼譯碼 送操作數(shù)送操作數(shù) 地址地址 執(zhí)行

10、寫(xiě)操作執(zhí)行寫(xiě)操作開(kāi)始開(kāi)始 一個(gè)一個(gè)CPU周期周期一個(gè)一個(gè)CPU周期周期 取指令階段取指令階段執(zhí)行指令階段執(zhí)行指令階段 送操作數(shù)送操作數(shù) 取下條指令取下條指令 PC+1 一個(gè)一個(gè)CPU周期周期 開(kāi)始開(kāi)始 取指令取指令 PC+1 對(duì)指令對(duì)指令 譯碼譯碼 不執(zhí)行任不執(zhí)行任 何操作何操作 取下條指令取下條指令 PC+1 一個(gè)一個(gè)CPU周期周期一個(gè)一個(gè)CPU周期周期 取指令階段取指令階段執(zhí)行指令階段執(zhí)行指令階段 取指令取指令 PC+1 對(duì)指令對(duì)指令 譯碼譯碼 送轉(zhuǎn)移送轉(zhuǎn)移 地址地址 取下條指令取下條指令 PC+1 開(kāi)始開(kāi)始 一個(gè)一個(gè)CPU周期周期一個(gè)一個(gè)CPU周期周期 取指令階段取指令階段執(zhí)行指令階段執(zhí)行指令階段 IR PCAR M DRR0 R1 R2 R3 X Y IRi IRo PCiAR