第5章 中央處理機

1、本章主要學(xué)習(xí)本章主要學(xué)習(xí)CPU的功能和基本組成、微程序控制器及其設(shè)計的功能和基本組成、微程序控制器及其設(shè)計技術(shù)、流水技術(shù)、流水CPU等。等。本章有以下本章有以下10節(jié)組成：節(jié)組成： 5.1 CPU的組成和功能的組成和功能 5.2 指令周期指令周期 5.3 時序產(chǎn)生器和控制方式時序產(chǎn)生器和控制方式 5.4 微程序控制器微程序控制器 5.5 硬布線控制器硬布線控制器 5.6 傳統(tǒng)的傳統(tǒng)的CPU 5.7 流水流水CPU 5.8 RISC CPU 5.9 多媒體多媒體CPU 5.1 CPU的組成和功能的組成和功能-5.1.1 CPU器的功能器的功能程序是一個指令序列，一旦把程序裝入內(nèi)存儲器，就可以由計

2、程序是一個指令序列，一旦把程序裝入內(nèi)存儲器，就可以由計算機來自動完成取出指令和執(zhí)行指令的任務(wù)。專門用來完成此算機來自動完成取出指令和執(zhí)行指令的任務(wù)。專門用來完成此項工作的計算機部件稱為中央處理器，通常簡稱項工作的計算機部件稱為中央處理器，通常簡稱CPU。 CPU具有如下四方面的基本功能：具有如下四方面的基本功能：指令控制指令控制: 程序的順序控制稱為指令控制。程序的順序控制稱為指令控制。操作控制操作控制: 一條指令的功能往往是由若干個操作信號的組合一條指令的功能往往是由若干個操作信號的組合來實現(xiàn)的，來實現(xiàn)的，CPU管理并產(chǎn)生對應(yīng)于每條指令的操作信號，管理并產(chǎn)生對應(yīng)于每條指令的操作信號，把各種操

3、作信號送往相應(yīng)的部件，從而控制這些部件按指把各種操作信號送往相應(yīng)的部件，從而控制這些部件按指令的要求進行動作。令的要求進行動作。時間控制時間控制: 對各種操作實施時間上的定時稱為時間控制。對各種操作實施時間上的定時稱為時間控制。數(shù)據(jù)加工數(shù)據(jù)加工: 數(shù)據(jù)加工就是對數(shù)據(jù)進行算術(shù)運算和邏輯運算處數(shù)據(jù)加工就是對數(shù)據(jù)進行算術(shù)運算和邏輯運算處理。理。5.1 CPU的組成和功能的組成和功能 - 5.1.2 CPU的基本組成的基本組成 CPU的基本部分由運算器、的基本部分由運算器、cache和控制器三大部分組成。和控制器三大部分組成。115.1 CPU的組成和功能的組成和功能 - 5.1.2 CPU的基本組成

4、的基本組成 若將若將 cache納入存儲系統(tǒng)，納入存儲系統(tǒng)，CPU的模型如下（第的模型如下（第3版）版）5.1 CPU的組成和功能的組成和功能 - 5.1.3CPU中的主要寄存器中的主要寄存器 1. 數(shù)據(jù)緩沖寄存器（數(shù)據(jù)緩沖寄存器（DR）2. 指令寄存器（指令寄存器（IR）3. 程序計數(shù)器（程序計數(shù)器（PC）4. 地址寄存器（地址寄存器（AR）5. 通用寄存器（通用寄存器（AC）6. 狀態(tài)條件寄存器（狀態(tài)條件寄存器（PSW）5.1 CPU的組成和功能的組成和功能 - 5.1.4 操作控制器與時序產(chǎn)生器操作控制器與時序產(chǎn)生器信息在信息在CPU內(nèi)部各節(jié)點之間的傳送通路稱為內(nèi)部各節(jié)點之間的傳送通路稱

5、為數(shù)據(jù)通路數(shù)據(jù)通路。信息從什么地方開始，中間經(jīng)過哪個寄存器或多路開關(guān)，最后信息從什么地方開始，中間經(jīng)過哪個寄存器或多路開關(guān)，最后傳送到哪個寄存器，都由稱為傳送到哪個寄存器，都由稱為操作控制器操作控制器的部件要加以控制。的部件要加以控制。建立數(shù)據(jù)通路的任務(wù)是由建立數(shù)據(jù)通路的任務(wù)是由操作控制器操作控制器的部件來完成的。的部件來完成的。操作控制器的功能，就是根據(jù)操作控制器的功能，就是根據(jù)指令操作碼指令操作碼和和時序信號時序信號，產(chǎn)生各，產(chǎn)生各種操作控制信號，以便正確地建立數(shù)據(jù)通路，從而完成取指令種操作控制信號，以便正確地建立數(shù)據(jù)通路，從而完成取指令和執(zhí)行指令的控制。和執(zhí)行指令的控制。 根據(jù)設(shè)計方法不

6、同，根據(jù)設(shè)計方法不同，操作控制器操作控制器可分為可分為時序邏輯型時序邏輯型、存儲邏輯存儲邏輯型型、時序邏輯與存儲邏輯時序邏輯與存儲邏輯結(jié)合型三種。結(jié)合型三種。 硬布線控制器硬布線控制器: 是采用時序邏輯技術(shù)來實現(xiàn)的；是采用時序邏輯技術(shù)來實現(xiàn)的； 微程序控制器微程序控制器: 是采用存儲邏輯來實現(xiàn)的；是采用存儲邏輯來實現(xiàn)的； 前兩種方式的組合前兩種方式的組合5.2 指令周期指令周期 - 5.2.1 指令周期的基本概念指令周期的基本概念指令周期指令周期: CPU取出一條指令并執(zhí)行這條指令的時間總和。取出一條指令并執(zhí)行這條指令的時間總和。CPU周期周期: 又稱又稱機器周期機器周期，用從內(nèi)存讀取一條指令

7、字的最短時，用從內(nèi)存讀取一條指令字的最短時間來定義。間來定義。 時鐘周期時鐘周期: 通常稱為通常稱為節(jié)拍脈沖節(jié)拍脈沖或或T周期周期。35.2 指令周期指令周期 - 5.2.2 非訪內(nèi)指令的指令周期非訪內(nèi)指令的指令周期MOV指令、指令、ADD指令的指令周期（指令的指令周期（RR型）。型）。 5.2 指令周期指令周期 - 5.2.3 取數(shù)指令的指令周期取數(shù)指令的指令周期LAD指令、指令、STO指令的指令周期（指令的指令周期（RS型）。型）。5.2 指令周期指令周期-5.2.5 空操作指令和轉(zhuǎn)移指令的指令周期空操作指令和轉(zhuǎn)移指令的指令周期JMP指令的指令周期指令的指令周期由兩個由兩個CPU周期組成周

8、期組成 （如右圖所示）（如右圖所示）5.2 指令周期指令周期-5.2.5 空操作指令和轉(zhuǎn)移指令的指令周期空操作指令和轉(zhuǎn)移指令的指令周期五條典型指令的取指和執(zhí)行過程五條典型指令的取指和執(zhí)行過程: 演示演示 45.2 指令周期指令周期 - 5.2.1 指令周期的基本概念指令周期的基本概念機器指令示例程序機器指令示例程序5.2 指令周期指令周期 - 5.2.7 用方框圖語言表示指令周期用方框圖語言表示指令周期在進行計算機設(shè)計時，常采用方框圖語言來表示指令周期。在進行計算機設(shè)計時，常采用方框圖語言來表示指令周期。將五條指令加以歸納，用方框圖語言表示的指令周期如下：將五條指令加以歸納，用方框圖語言表示的

9、指令周期如下：55.2 指令周期指令周期 - 5.2.7 用方框圖語言表示指令周期用方框圖語言表示指令周期【例例】教材圖教材圖5.15所示為雙總線結(jié)構(gòu)機器的數(shù)據(jù)通路所示為雙總線結(jié)構(gòu)機器的數(shù)據(jù)通路 (1)“ADD R2，R0”指令完成指令完成(R0)+(R2)R0的功能操作，畫的功能操作，畫出其指令周期流程圖，假設(shè)該指令的地址已放入出其指令周期流程圖，假設(shè)該指令的地址已放入PC中。并列中。并列出相應(yīng)的微操作控制信號序列。出相應(yīng)的微操作控制信號序列。(2)“SUB R1，R3”指令完成指令完成(R3)-(R1)R3的操作，畫出其指的操作，畫出其指令期流程圖，并列出相應(yīng)的微操作控制信號序列。令期流程

10、圖，并列出相應(yīng)的微操作控制信號序列。5.2 指令周期指令周期 - 5.2.7 用方框圖語言表示指令周期用方框圖語言表示指令周期解解5.3時序產(chǎn)生器和控制方式時序產(chǎn)生器和控制方式-5.3.1時序信號的作用和體制時序信號的作用和體制機器一旦被啟動，即機器一旦被啟動，即CPU開始取指令并執(zhí)行指令時，操作控制開始取指令并執(zhí)行指令時，操作控制器就利用定時器就利用定時脈沖的順序脈沖的順序和不同的和不同的脈沖間隔脈沖間隔，有條理、有節(jié)奏，有條理、有節(jié)奏地指揮機器的動作，規(guī)定在這個脈沖到來時做什么，在那個脈地指揮機器的動作，規(guī)定在這個脈沖到來時做什么，在那個脈沖到來時又做什么，給計算機沖到來時又做什么，給計算

11、機 各部分提供工作所需的時間標(biāo)各部分提供工作所需的時間標(biāo)志。志。 計算機的協(xié)調(diào)動作需要時間標(biāo)志，而時間標(biāo)志則是用計算機的協(xié)調(diào)動作需要時間標(biāo)志，而時間標(biāo)志則是用時時序信號序信號來體現(xiàn)的。來體現(xiàn)的。硬布線控制器中，時序信號往往采用硬布線控制器中，時序信號往往采用主狀態(tài)周期主狀態(tài)周期-節(jié)拍電位節(jié)拍電位-節(jié)節(jié)拍脈沖拍脈沖三級體制。三級體制。在微程序控制器中，時序信號比較簡單，一般采用在微程序控制器中，時序信號比較簡單，一般采用節(jié)拍電位節(jié)拍電位-節(jié)拍脈沖節(jié)拍脈沖二級體制。二級體制。5.3時序產(chǎn)生器和控制方式時序產(chǎn)生器和控制方式 - 5.3.2 時序信號產(chǎn)生器時序信號產(chǎn)生器時序信號產(chǎn)生器的構(gòu)成時序信號產(chǎn)生

12、器的構(gòu)成85.3時序產(chǎn)生器和控制方式時序產(chǎn)生器和控制方式 - 5.3.2 時序信號產(chǎn)生器時序信號產(chǎn)生器時序脈沖產(chǎn)生器時序脈沖產(chǎn)生器AC C1 1、C C2 2、C C3 3、C C4 4: :上跳沿置數(shù)，下跳沿清零上跳沿置數(shù)，下跳沿清零5.3時序產(chǎn)生器和控制方式時序產(chǎn)生器和控制方式 - 5.3.2 時序信號產(chǎn)生器時序信號產(chǎn)生器節(jié)拍電位和節(jié)拍脈沖時序關(guān)系圖：節(jié)拍電位和節(jié)拍脈沖時序關(guān)系圖： 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10CPUCPU周期周期CPUCPU周期周期C4C1C2C3T1T2T3T45.3時序產(chǎn)生器和控制方式時序產(chǎn)生器和控制方式 - 5.3.2 時序信號產(chǎn)生器時序信號產(chǎn)生器啟?？?/p>

13、制邏輯啟?？刂七壿?.3時序產(chǎn)生器和控制方式時序產(chǎn)生器和控制方式 - 5.3.3 控制方式控制方式控制方式控制方式: 控制不同操作序列時序信號的方法控制不同操作序列時序信號的方法。常用的有。常用的有同步同步控制、異步控制、聯(lián)合控制控制、異步控制、聯(lián)合控制三種方式，其實質(zhì)反映了時序信號三種方式，其實質(zhì)反映了時序信號的定時方式。的定時方式。 1. 同步控制方式同步控制方式在任何情況下，已定的指令在執(zhí)行時所需的機器周期數(shù)和時鐘在任何情況下，已定的指令在執(zhí)行時所需的機器周期數(shù)和時鐘周期數(shù)都固定不變。根據(jù)不同情況，同步控制方式可選取如下周期數(shù)都固定不變。根據(jù)不同情況，同步控制方式可選取如下方案：方案：(

14、1) 采用完全統(tǒng)一的機器周期執(zhí)行各種不同的指令。采用完全統(tǒng)一的機器周期執(zhí)行各種不同的指令。(2) 采用不定長機器周期采用不定長機器周期 短基準(zhǔn)周期短基準(zhǔn)周期+延長量（按需）。延長量（按需）。(3) 中央控制與局部控制結(jié)合中央控制與局部控制結(jié)合 (1)方式方式+少數(shù)指令定制時序少數(shù)指令定制時序5.3時序產(chǎn)生器和控制方式時序產(chǎn)生器和控制方式 - 5.3.3 控制方式控制方式2. 異步控制方式異步控制方式其特點是：每條指令、每個操作控制信號需要多少時間就占用其特點是：每條指令、每個操作控制信號需要多少時間就占用多少時間。用這種方式形成的操作控制序列沒有固定的多少時間。用這種方式形成的操作控制序列沒有

15、固定的CPU周周期數(shù)期數(shù)(節(jié)拍電位節(jié)拍電位)或嚴格的時鐘周期或嚴格的時鐘周期(節(jié)拍脈沖節(jié)拍脈沖)與之同步。與之同步。3. 聯(lián)合控制方式聯(lián)合控制方式 聯(lián)合控制同步控制和異步控制相結(jié)合的方式。聯(lián)合控制同步控制和異步控制相結(jié)合的方式。（1） 大部分操作序列安排在固定的機器周大部分操作序列安排在固定的機器周 期中，對某些期中，對某些時間難以確定的操作則以執(zhí)行部件的時間難以確定的操作則以執(zhí)行部件的“回答回答”信號作為本信號作為本次操作的結(jié)束；次操作的結(jié)束；（2） 機器周期的節(jié)拍脈沖數(shù)固定，但是各條指令周期的機機器周期的節(jié)拍脈沖數(shù)固定，但是各條指令周期的機器周期數(shù)不固定。器周期數(shù)不固定。5.4 微程序控制

16、器微程序控制器微程序控制器的基本思想，是采用程序設(shè)計方法，將控制信號微程序控制器的基本思想，是采用程序設(shè)計方法，將控制信號編成編成“微指令微指令”，存放在一個只讀存儲器中，當(dāng)機器運行時，存放在一個只讀存儲器中，當(dāng)機器運行時，一條接一條地讀出這些微指令，從而產(chǎn)生和硬部件所需的控制一條接一條地讀出這些微指令，從而產(chǎn)生和硬部件所需的控制信號，使相應(yīng)的部件執(zhí)行規(guī)定的動作。信號，使相應(yīng)的部件執(zhí)行規(guī)定的動作。5.4 微程序控制器微程序控制器 - 5.4.1 微微程序控制器原理程序控制器原理微命令微命令：控制部件通過控制線向執(zhí)行部件發(fā)出的各種控制命令。：控制部件通過控制線向執(zhí)行部件發(fā)出的各種控制命令。微操作

17、微操作：執(zhí)行部件接受微命令后所進行的操作。：執(zhí)行部件接受微命令后所進行的操作。簡單運簡單運算器數(shù)算器數(shù)據(jù)通路據(jù)通路相容性相容性微操作微操作如如1 1 2 2 3 3相斥性相斥性微操作微操作如如+-M+-M5.4 微程序控制器微程序控制器 - 5.4.1 微微程序控制器原理程序控制器原理微指令微指令 在機器的一個在機器的一個CPU周期中，一組實現(xiàn)一定操作功能的微命周期中，一組實現(xiàn)一定操作功能的微命令的組合。令的組合。微程序微程序?qū)崿F(xiàn)一條機器指令功能的許多條微指令組成的序列。實現(xiàn)一條機器指令功能的許多條微指令組成的序列。微指令的基本格式微指令的基本格式5.4 微程序控制器微程序控制器 - 5.4.

18、1 微微程序控制器原理程序控制器原理5.4 微程序控制器微程序控制器 - 5.4.1 微微程序控制器原理程序控制器原理節(jié)拍脈沖與節(jié)拍電位節(jié)拍脈沖與節(jié)拍電位微指令中給出的控制信號都是節(jié)拍電位，它們持續(xù)的時間都是微指令中給出的控制信號都是節(jié)拍電位，它們持續(xù)的時間都是一個一個CPU周期。周期。同一同一CPU周期中的微操作是有時序關(guān)系的，在上述的運算器模周期中的微操作是有時序關(guān)系的，在上述的運算器模型中，發(fā)給運算器的有型中，發(fā)給運算器的有12個控制信號，其中個控制信號，其中9個是節(jié)拍電位，個是節(jié)拍電位，3個是節(jié)拍脈沖（個是節(jié)拍脈沖（LDR1, LDR2, LDR3）當(dāng)在一個當(dāng)在一個CPU周期周期(假定

19、假定800ns，分，分4個個T周期）中，完成加法運周期）中，完成加法運算算(600ns內(nèi)完成運算內(nèi)完成運算)，且將結(jié)果打入，且將結(jié)果打入R1-R3時，則微命令時，則微命令LDR1、LDR2、及、及LDR3應(yīng)在應(yīng)在T4時該發(fā)出。時該發(fā)出。CPUCPU周期周期200ns600ns800ns節(jié)拍電位節(jié)拍電位節(jié)拍脈沖節(jié)拍脈沖LDR1 LDR2 LDR3LDR1 LDR2 LDR3T45.4 微程序控制器微程序控制器 - 5.4.1 微微程序控制器原理程序控制器原理微程序控制器原理框圖微程序控制器原理框圖5.4 微程序控制器微程序控制器 - 5.4.1 微微程序控制器原理程序控制器原理000 000 0

20、00 000 11111100000010 100 100 100 00000001001010 001 001 100 00000010000010 001 001 001 000000000005.4 微程序控制器微程序控制器 - 5.4.1 微微程序控制器原理程序控制器原理在串行方式的微程序控制器中在串行方式的微程序控制器中:微指令周期微指令周期 = 讀出微指令的時間讀出微指令的時間 + 執(zhí)行該條微指令的時間執(zhí)行該條微指令的時間下圖示出了某小型機中下圖示出了某小型機中CPU周期與微指令周期的時間關(guān)系：周期與微指令周期的時間關(guān)系：5.4 微程序控制器微程序控制器 - 5.4.1 微微程序控

21、制器原理程序控制器原理一條機器指令對應(yīng)一個微程序，這個微程序是由若干條微指令一條機器指令對應(yīng)一個微程序，這個微程序是由若干條微指令序列組成的。序列組成的。從指令與微指令，程序與微程序，地址與微地址的一一對應(yīng)關(guān)從指令與微指令，程序與微程序，地址與微地址的一一對應(yīng)關(guān)系來看，前者與內(nèi)存儲器有關(guān)，后者與控制存儲器有關(guān)。系來看，前者與內(nèi)存儲器有關(guān)，后者與控制存儲器有關(guān)。 5.4 微程序控制器微程序控制器 - 5.4.2 微微程序設(shè)計技術(shù)程序設(shè)計技術(shù)微程序設(shè)計的關(guān)鍵是如何確定微指令的結(jié)構(gòu)。微程序設(shè)計的關(guān)鍵是如何確定微指令的結(jié)構(gòu)。設(shè)計微指令結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)追求的目標(biāo)是：設(shè)計微指令結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)追求的目標(biāo)是：有利于縮短微指

22、令的字長；有利于縮短微指令的字長；有利于減小控制存儲器的容量；有利于減小控制存儲器的容量；有利于提高微程序的執(zhí)行速度；有利于提高微程序的執(zhí)行速度；有利于對微指令的修改；有利于對微指令的修改；有利于提高微程序設(shè)計的靈活性。有利于提高微程序設(shè)計的靈活性。5.4 微程序控制器微程序控制器 - 5.4.2 微微程序設(shè)計技術(shù)程序設(shè)計技術(shù) -1.1.微指令編碼微指令編碼 微命令編碼是對微指令中的操作控制字段采用的表示方法。微命令編碼是對微指令中的操作控制字段采用的表示方法。 直接表示法直接表示法：操作控制字段中的每一位代表一個微命令。：操作控制字段中的每一位代表一個微命令。 編碼表示法編碼表示法：將一組相

23、斥性的微命令信號組成一個小組：將一組相斥性的微命令信號組成一個小組(即即一個字段一個字段) ，然后通過小組，然后通過小組(字段）譯碼器對每一個微命令字段）譯碼器對每一個微命令信號進行譯碼信號進行譯碼 ，譯碼輸出作為操作控制信號。，譯碼輸出作為操作控制信號。 混合表示法：混合表示法：這種方法是把直接表示法與字段編碼法混合這種方法是把直接表示法與字段編碼法混合使用，以便能綜合考慮指令字長、靈活性、執(zhí)行微程序速使用，以便能綜合考慮指令字長、靈活性、執(zhí)行微程序速度等方面的要求。度等方面的要求。5.4 微程序控制器微程序控制器 - 5.4.2 微微程序設(shè)計技術(shù)程序設(shè)計技術(shù)-2.2.微地址的形成方法微地址

24、的形成方法微指令執(zhí)行的順序控制問題，實際上是如何確定下一條微指令微指令執(zhí)行的順序控制問題，實際上是如何確定下一條微指令的地址問題。的地址問題。通常，產(chǎn)生后繼微地址有兩種方法：通常，產(chǎn)生后繼微地址有兩種方法：計數(shù)器方式計數(shù)器方式l用程序器計數(shù)來產(chǎn)生機器指令地址的方法相類似。用程序器計數(shù)來產(chǎn)生機器指令地址的方法相類似。 多路轉(zhuǎn)移方式多路轉(zhuǎn)移方式l一條微指令具有多個轉(zhuǎn)移分支的能力稱為多路轉(zhuǎn)移。一條微指令具有多個轉(zhuǎn)移分支的能力稱為多路轉(zhuǎn)移。l在多路轉(zhuǎn)移方式中，在多路轉(zhuǎn)移方式中，當(dāng)微程序不產(chǎn)生分支時當(dāng)微程序不產(chǎn)生分支時，后繼微地，后繼微地直接由微指令的順序控制字段給出；直接由微指令的順序控制字段給出；當(dāng)

25、微程序出現(xiàn)分支當(dāng)微程序出現(xiàn)分支時，時，有若干有若干“后選后選”微地址可供選擇：即按順序控制字微地址可供選擇：即按順序控制字段的段的“判別測試判別測試”標(biāo)志和標(biāo)志和“狀態(tài)條件狀態(tài)條件”信息來選擇其中信息來選擇其中一個微地址。一個微地址。l“狀態(tài)條件狀態(tài)條件”有有n位標(biāo)志，可實現(xiàn)微程序位標(biāo)志，可實現(xiàn)微程序2n路轉(zhuǎn)移，涉及路轉(zhuǎn)移，涉及微地址寄存器的微地址寄存器的n位位 。 5.4 微程序控制器微程序控制器 - 5.4.2 微微程序設(shè)計技術(shù)程序設(shè)計技術(shù)-2.2.微地址的形成方法微地址的形成方法 【例例】微地址寄存器有微地址寄存器有6位位(A5-A0)，當(dāng)需修改其內(nèi)容時，可，當(dāng)需修改其內(nèi)容時，可通過某一

26、位觸發(fā)器的強置端通過某一位觸發(fā)器的強置端S將其置將其置“1”?，F(xiàn)有三種情況：?，F(xiàn)有三種情況：執(zhí)行執(zhí)行“取指取指”微指令后，微程序按微指令后，微程序按IR的的OP字段字段(IR3-IR0)進進行行16路分支；路分支；執(zhí)行條件轉(zhuǎn)移指令微程序時，按進位標(biāo)志執(zhí)行條件轉(zhuǎn)移指令微程序時，按進位標(biāo)志C的狀態(tài)進行的狀態(tài)進行2路路分支；分支；執(zhí)行控制臺指令微程序時，按執(zhí)行控制臺指令微程序時，按IR4，IR5的狀態(tài)進行的狀態(tài)進行4 路分路分支。支。請按多路轉(zhuǎn)移方法設(shè)計微地址轉(zhuǎn)移邏輯。請按多路轉(zhuǎn)移方法設(shè)計微地址轉(zhuǎn)移邏輯。5.4 微程序控制器微程序控制器 - 5.4.2 微微程序設(shè)計技術(shù)程序設(shè)計技術(shù)-2.2.微地址的

27、形成方法微地址的形成方法 【解解】按所給設(shè)計條件，微程序有三種判別測試，分別為按所給設(shè)計條件，微程序有三種判別測試，分別為P1，P2，P3。 由于修改由于修改A5-A0內(nèi)容具有很大靈活性，現(xiàn)分配如內(nèi)容具有很大靈活性，現(xiàn)分配如下：下：(1) 用用P1和和IR3-IR0修改修改A3-A0；(2) 用用P2和和C修改修改A0；(3) 用用P3和和IR5，IR4修改修改A5，A4。另外還要考慮時間因素另外還要考慮時間因素T4(假設(shè)假設(shè)CPU周期最后一個節(jié)拍脈沖周期最后一個節(jié)拍脈沖)，故轉(zhuǎn)移邏輯表達式如下：故轉(zhuǎn)移邏輯表達式如下： A5=P3IR5T4 A4=P3IR4T4 A3=P1IR3T4 A2=P

28、1IR2T4 A1=P1IR1T4 A0=P1IR0T4+P2CT4由于從觸發(fā)器強置端修改，故前由于從觸發(fā)器強置端修改，故前5個表達式可用個表達式可用“與非與非”門實門實現(xiàn)，最后一個用現(xiàn)，最后一個用“與或非與或非”門實現(xiàn)。門實現(xiàn)。5.4 微程序控制器微程序控制器 - 5.4.2 微微程序設(shè)計技術(shù)程序設(shè)計技術(shù)-2.2.微地址的形成方法微地址的形成方法產(chǎn)生微地址的邏輯圖（圖中僅畫出低產(chǎn)生微地址的邏輯圖（圖中僅畫出低3位）：位）：5.4 微程序控制器微程序控制器原理原理圖圖5.4 微程序控制器微程序控制器 - 5.4.2 微微程序設(shè)計技術(shù)程序設(shè)計技術(shù)-3 3. .微微指令格式指令格式微指令格式大體分

29、成兩類：水平型微指令和垂直型微指令。微指令格式大體分成兩類：水平型微指令和垂直型微指令。水平型微指令水平型微指令l一次能定義并執(zhí)行多個并行操作微命令的微指令，叫做一次能定義并執(zhí)行多個并行操作微命令的微指令，叫做水平型微指令。水平型微指令。l水平微指令的一般格式水平微指令的一般格式l水平微指令可分為三種水平微指令可分為三種全水平型（直接表示，不譯碼）全水平型（直接表示，不譯碼）字段譯碼型字段譯碼型直接表示和譯碼混合型（實驗中采用的格式）直接表示和譯碼混合型（實驗中采用的格式）控制字段控制字段判別測試字段判別測試字段直接地址字段直接地址字段5.4 微程序控制器微程序控制器 - 5.4.2 微微程序

30、設(shè)計技術(shù)程序設(shè)計技術(shù)-3 3. .微微指令格式指令格式垂直型微指令垂直型微指令l垂直型微指令的結(jié)構(gòu)類似于機器指令結(jié)構(gòu)。垂直型微指令的結(jié)構(gòu)類似于機器指令結(jié)構(gòu)。l微指令中設(shè)置微操作碼字段，采用微操作碼編譯法，由微指令中設(shè)置微操作碼字段，采用微操作碼編譯法，由微操作碼規(guī)定微指令的功能。微操作碼規(guī)定微指令的功能。l垂直型微指令示例垂直型微指令示例000原寄存器編址原寄存器編址目標(biāo)寄存器編址目標(biāo)寄存器編址其他其他寄存器寄存器- -寄存器傳送型微指令寄存器傳送型微指令15 13 12 8 7 3 2 015 13 12 8 7 3 2 0000原寄存器編址原寄存器編址目標(biāo)寄存器編址目標(biāo)寄存器編址ALU運算

31、控制型微指令運算控制型微指令15 13 12 8 7 3 2 015 13 12 8 7 3 2 05.4 微程序控制器微程序控制器 - 5.4.2 微微程序設(shè)計技術(shù)程序設(shè)計技術(shù)-3 3. .微微指令格式指令格式水平型微指令與垂直型微指令比較水平型微指令與垂直型微指令比較l水平型微指令并行操作能力強，效率高，靈活性強，垂水平型微指令并行操作能力強，效率高，靈活性強，垂直型微指令則較差。直型微指令則較差。l水平型微指令執(zhí)行一條指令的時間短，垂直型微指令執(zhí)水平型微指令執(zhí)行一條指令的時間短，垂直型微指令執(zhí)行時間長。行時間長。l由水平型微指令解釋指令的微程序，有微指令字較長而由水平型微指令解釋指令的微

32、程序，有微指令字較長而微程序短的特點。垂直型微指令則相反。微程序短的特點。垂直型微指令則相反。l水平型微指令用戶難以掌握，而垂直型微指令與指令比水平型微指令用戶難以掌握，而垂直型微指令與指令比較相似，相對來說，比較容易掌握。較相似，相對來說，比較容易掌握。 5.4 微程序控制器微程序控制器 - 5.4.2 微微程序設(shè)計技術(shù)程序設(shè)計技術(shù)-4 4. .動態(tài)微程序設(shè)計動態(tài)微程序設(shè)計微程序設(shè)計技術(shù)有靜態(tài)微程序設(shè)計和動態(tài)微程序設(shè)計之分。微程序設(shè)計技術(shù)有靜態(tài)微程序設(shè)計和動態(tài)微程序設(shè)計之分。靜態(tài)微程序設(shè)計靜態(tài)微程序設(shè)計l對應(yīng)于一臺計算機的機器指令只有一組微程序，而且這對應(yīng)于一臺計算機的機器指令只有一組微程序

33、，而且這一組微程序設(shè)計好之后，一般無須改變而且也不好改變，一組微程序設(shè)計好之后，一般無須改變而且也不好改變，這種微程序設(shè)計技術(shù)稱為靜態(tài)微程序設(shè)計。這種微程序設(shè)計技術(shù)稱為靜態(tài)微程序設(shè)計。 動態(tài)微程序設(shè)計動態(tài)微程序設(shè)計 l當(dāng)采用當(dāng)采用E2PROM作為控制存儲器時，還可以通過改變微作為控制存儲器時，還可以通過改變微指令和微程序來改變機器的指令系統(tǒng)，這種微程序設(shè)計指令和微程序來改變機器的指令系統(tǒng)，這種微程序設(shè)計技術(shù)稱為動態(tài)微程序設(shè)計。技術(shù)稱為動態(tài)微程序設(shè)計。5.1 CPU的組成和功能的組成和功能 - 5.1.2 CPU的基本組成的基本組成 CPU的基本部分由運算器、的基本部分由運算器、cache和控制

34、器三大部分組成。和控制器三大部分組成。11DR1(74273)ALU(74181)DR2(74273)R0(74374)AR(74273)PC(74161)IR(74273)微控器時序MEM（6116）OUTPUTINPUTS3S2S1S0MCNLDDR1T4LDDR2T4LDR0T4LDIRT3LDPCT4LDART3W/RLED-BCEW/RSW-BBUSCPU地址總線數(shù)據(jù)總線Y0Y1Y2W/RALU-BLOADPC-BR0-B指令周期：取一條指令并執(zhí)行這條指令的時間指令周期：取一條指令并執(zhí)行這條指令的時間CPU周期：用內(nèi)存中讀取一個字的最短時間表示周期：用內(nèi)存中讀取一個字的最短時間表示取

35、指令：花費一個取指令：花費一個CPU周期周期執(zhí)行指令：花費若干個執(zhí)行指令：花費若干個CPU周期周期5.4 微程序控制器微程序控制器 - 5.4.1 微微程序控制器原理程序控制器原理微指令微指令 在機器的一個在機器的一個CPU周期中，一組實現(xiàn)一定操作功能的微命周期中，一組實現(xiàn)一定操作功能的微命令的組合。令的組合。微程序微程序?qū)崿F(xiàn)一條機器指令功能的許多條微指令組成的序列。實現(xiàn)一條機器指令功能的許多條微指令組成的序列。微指令的基本格式微指令的基本格式5.4 微程序控制器微程序控制器 - 5.4.1 微微程序控制器原理程序控制器原理微程序控制器原理框圖微程序控制器原理框圖字段字段字段15 14 13選

36、擇000001LDRi010LDDR1011LDDR2100LDIR101LOAD110LDAR12 11 10選擇000001RS-B010011100101ALU-B110987選擇000001P（1）010011100P（4）101PC-B24S323S222 21 20 1918171615 14 13 12 11 10 987654321S1 S0 M CnWEA8ABCuA5 uA4 uA3 uA2 uA1A9uA0LDPC110A9A8=00INPUT 選中A9A8=01RAM（CE） 選中A9A8=10OUTPUT選中A9A8=11外部設(shè)備不選中WE=1 寫WE=0 讀 AND

37、 AND AND ANDLDRiI1I0RD-BGBAGBAGBARS-BI3I2RI-BR2-BR1-BR0-BLDR0LDR12:42:42:4LDR2基本模型機共有如下基本模型機共有如下5條指令條指令:助記符助記符機器指令碼機器指令碼說明說明IN0000 00000000 0000Input R0ADD addr0001 0000 ? ? 0001 0000 ? ? R0 + addr R0STA addr0010 0000 ? ? 0010 0000 ? ? R0 addrOUT addr0011 0000 ? ? 0011 0000 ? ? addr LEDJMP addr0100

38、0000 ? ? 0100 0000 ? ? addr PCPC-ARPC+1RAM-BUSBUS-IRP(1)SW-R0INPC-ARPC+1PC-ARPC+1PC-ARPC+1PC-ARPC+1RAM-BUSBUS-ARRAM-BUSBUS-DR2R0-DR1ADD(DR1)+(DR2)-R0RAM-BUSBUS-ARR0-BUSBUS-RAMRAM-BUSBUS-AROUTDR1-LEDRAM-BUSBUS-DR1RAM-BUSBUS-PC0101010101JMPSTA0102142613161725120715110304050610運行微程序PC-ARPC+1PC-ARPC+120

39、00（八進制微地址）PC-ARPC+1RAM-BUSBUS-DR1PC-ARPC+1DR1-LEDPC-ARPC+1PC-ARPC+1PC-ARPC+1SW-BUSBUS-DR1PC-ARPC+1DR1-RAMKWE（01）PC-ARPC+1P（4）KRD（00）RP（11）23202227302421控制臺10微地址微地址S3 S2 S1 S0 M CN WE A9 A8 A BCA5A00 00 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 00 0 01 0 00 1 0 0 0 00 10 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 01 1 01 1 00 0 0 0 1 00 20 0 0

40、0 0 0 0 0 1 1 0 00 0 00 0 10 0 1 0 0 00 30 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 00 0 00 0 00 0 0 1 0 00 40 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 10 0 00 0 00 0 0 1 0 10 50 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 00 0 10 0 00 0 0 1 1 00 61 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 11 0 10 0 00 0 0 0 0 10 70 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 00 0 00 0 00 0 1 1 0 11 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 10

41、 0 00 0 00 0 0 0 0 11 10 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 01 1 01 1 00 0 0 0 1 11 20 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 01 1 01 1 00 0 0 1 1 11 30 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 01 1 01 1 00 0 1 1 1 01 40 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 01 1 01 1 00 1 0 1 1 01 50 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 00 0 10 0 00 0 0 0 0 11 60 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 00 0 00 0 00 0 1 1 1

42、 11 70 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 00 0 00 0 00 1 0 1 0 12 00 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 01 1 01 1 00 1 0 0 1 02 10 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 01 1 01 1 00 1 0 1 0 02 20 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 00 0 00 0 00 1 0 1 1 12 30 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 00 0 00 0 00 0 0 0 0 12 40 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 00 0 00 0 00 1 1 0 0 02 50 0 0 0 0 1 1

43、 1 0 0 0 01 0 10 0 00 0 0 0 0 12 60 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 10 0 01 1 00 0 0 0 0 12 70 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 01 0 10 0 00 1 0 0 0 03 00 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 01 0 10 0 00 1 0 0 0 1地址（二進制）地址（二進制）內(nèi)容（二進制）內(nèi)容（二進制）助記符助記符說明說明0000 00000000 0000INInput R00000 00010001 0000ADD 0AHR0+0AHR00000 00100000 10100000 001100

44、10 0000STA 0BHR0 0BH0000 01000000 10110000 01010011 0000OUT 0BH0BH LED0000 01100000 10110000 01110100 0000JMP 08H08H PC0000 10000000 00000000 10010000 10100000 00010000 1011通過二個手動開關(guān)的組合狀態(tài)，設(shè)置三條控制臺指令：通過二個手動開關(guān)的組合狀態(tài)，設(shè)置三條控制臺指令：SWBSWA控制臺指令控制臺指令00讀內(nèi)存讀內(nèi)存(KRD)01寫內(nèi)存寫內(nèi)存(KWE)11啟動程序（啟動程序（RP）5.5 硬布線控制器硬布線控制器 - 1.1

45、.基本思想基本思想硬布線控制器是早期設(shè)計計算機的一種方法。硬布線控制器是早期設(shè)計計算機的一種方法。這種方法是把控制部件看作為產(chǎn)生專門固定時序控制信號的邏這種方法是把控制部件看作為產(chǎn)生專門固定時序控制信號的邏輯電路，而此邏輯電路以使用最少元件和取得最高輯電路，而此邏輯電路以使用最少元件和取得最高 操作速度操作速度為設(shè)計目標(biāo)。為設(shè)計目標(biāo)。一旦控制部件構(gòu)成后，除非重新設(shè)計和物理上對它重新布線，一旦控制部件構(gòu)成后，除非重新設(shè)計和物理上對它重新布線，否則要否則要 想增加新的控制功能是不可能的。想增加新的控制功能是不可能的。這種邏輯電路是一種由門電路和觸發(fā)器構(gòu)成的復(fù)雜樹形網(wǎng)絡(luò)，這種邏輯電路是一種由門電路和

46、觸發(fā)器構(gòu)成的復(fù)雜樹形網(wǎng)絡(luò)，故稱之為故稱之為硬布線控制器硬布線控制器。5.5 硬布線控制器硬布線控制器 - 1.1.基本思想基本思想硬聯(lián)線控制器的結(jié)構(gòu)如圖：硬聯(lián)線控制器的結(jié)構(gòu)如圖：硬布線控制器的基本原理：硬布線控制器的基本原理：C = f ( Im,Mi,Tk,Bj ) 5.5 硬布線控制器硬布線控制器 - 2.2.指令執(zhí)行流程指令執(zhí)行流程5.5 硬布線控制器硬布線控制器 - 2.2.指令執(zhí)行流程指令執(zhí)行流程硬布線的指令周期流程圖硬布線的指令周期流程圖5.5 硬布線控制器硬布線控制器 - 3.3.微操作控制信號的產(chǎn)生微操作控制信號的產(chǎn)生硬布線控制器的設(shè)計方法及過程：硬布線控制器的設(shè)計方法及過程：

47、先畫出硬連線控制器的指令周期流程圖先畫出硬連線控制器的指令周期流程圖列表整理所有機器指令涉及到的微操作控制信號列表整理所有機器指令涉及到的微操作控制信號制作微操作時間表制作微操作時間表利用布爾代數(shù)寫出綜合邏輯表達式利用布爾代數(shù)寫出綜合邏輯表達式用用 門電路、可編程器件等實現(xiàn)門電路、可編程器件等實現(xiàn) 【例例】跟據(jù)上述指令周期流程圖，寫出以下操作控制信號跟據(jù)上述指令周期流程圖，寫出以下操作控制信號RD(I)、RD(D)、WE(D)、LDPC、 LDAR、LDDR、PC+1、LDR2 的邏輯表達式，每個操作信號的的邏輯表達式，每個操作信號的含義是：含義是：RD(I) - 指存讀命令，指存讀命令，RD

48、(D) - 數(shù)存讀命令，數(shù)存讀命令，WE(D) -數(shù)存寫命令，數(shù)存寫命令，LDPC - 打入程序計數(shù)器，打入程序計數(shù)器， LDIR - 打入指令計數(shù)器，打入指令計數(shù)器，LDAR - 打入數(shù)存地址寄存器，打入數(shù)存地址寄存器， LDDR - 打入數(shù)據(jù)緩沖寄存器，打入數(shù)據(jù)緩沖寄存器，PC+1 - 程序計數(shù)器加程序計數(shù)器加 1 ，LDR2 - 打入寄存器打入寄存器R2 【解解】按上述步驟逐步求解，過程如下：按上述步驟逐步求解，過程如下：5.5 硬布線控制器硬布線控制器 - 3.3.微操作控制信號的產(chǎn)生微操作控制信號的產(chǎn)生指令系統(tǒng)中所有機器指令涉及到的微操作控制信號指令系統(tǒng)中所有機器指令涉及到的微操作控

49、制信號 微操作微操作指令指令RD(I)RD(D)WE(D)LDPCLDIRLDARLDDRPC+1LDR2MOVLADADDSTOJMP取指取指（M1）5.5 硬布線控制器硬布線控制器 - 3.3.微操作控制信號的產(chǎn)生微操作控制信號的產(chǎn)生微操作時間表微操作時間表節(jié)拍節(jié)拍電位電位節(jié)拍節(jié)拍脈沖脈沖RD(I)RD(D)WE(D)LDPCLDIRLDARLDDRPC+1LDR2M1T1MOVLADADDSTOJMPMOVLADADDSTOJMPT2T3T4全部全部M2T1T2T3MOVADDT4JMPLAD STOADDM3T1LADT2T3STOLADT45.5 硬布線控制器硬布線控制器 - 3.3

50、.微操作控制信號的產(chǎn)生微操作控制信號的產(chǎn)生根據(jù)微操作時間表列出微操作控制信號的邏輯表達式根據(jù)微操作時間表列出微操作控制信號的邏輯表達式 RD(I) = M1 RD(D) = M3LAD WE(D) = M3T3STO (教材錯為教材錯為LAD) LDPC = M1T4 + M2T4JMP (多余，取指不涉及多余，取指不涉及LDPC) LDIR = M1T4 LDAR = M2T4(LAD+STO) LDDR = M2T3(MOV+ADD) + M3T3LAD PC+1 = M1 LDDR2 = M2T4ADD5.6 傳統(tǒng)的傳統(tǒng)的CPU - 1.Intel 8088 CPU1.Intel 808

51、8 CPU5.6 傳統(tǒng)的傳統(tǒng)的CPU - 2.2.IBM 370IBM 370系列系列CPUCPU5.7 流水流水CPU - 5.7.1 并行處理技術(shù)并行處理技術(shù) 計算機的并行處理技術(shù)主要有以下三種形式：計算機的并行處理技術(shù)主要有以下三種形式：時間并行時間并行 空間并行空間并行時間并行時間并行+空間并行空間并行5.7 流水流水CPU - 5.7.2 流水流水CPU的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)1. 流水計算機的系統(tǒng)組成流水計算機的系統(tǒng)組成其中其中CPU按流水線方式組織，按流水線方式組織，通常由三部分組成：指令部件、通常由三部分組成：指令部件、指令隊列、執(zhí)行部件。這三個指令隊列、執(zhí)行部件。這三個功能部件可以組成一

52、個功能部件可以組成一個 3級流級流水線。水線。為了使存儲器的存取時間能與為了使存儲器的存取時間能與流水線的其他各過程段的速度流水線的其他各過程段的速度相匹配，一般都采用多體交叉相匹配，一般都采用多體交叉存器。存器。執(zhí)行段的速度匹配問題：通常執(zhí)行段的速度匹配問題：通常采用并行的運算部件以及部件采用并行的運算部件以及部件流水線的工作方式來解決。流水線的工作方式來解決。5.7 流水流水CPU - 5.7.2 流水流水CPU的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)2. 流水流水CPU的時空圖的時空圖5.7 流水流水CPU - 5.7.2 流水流水CPU的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)3. 流水線分類流水線分類指令流水線指令流水線 指指令步驟的并行。

53、將指令流的處理過程劃分為指指令步驟的并行。將指令流的處理過程劃分為取指令、譯碼、執(zhí)行、寫回等幾個并行處理的過程段。目前，取指令、譯碼、執(zhí)行、寫回等幾個并行處理的過程段。目前，幾乎所有的高性能計算機都采用了指令流水線。幾乎所有的高性能計算機都采用了指令流水線。算術(shù)流水線算術(shù)流水線 指運算操作步驟的并行。如流水加法器、流水乘指運算操作步驟的并行。如流水加法器、流水乘法器、流水除法等。法器、流水除法等。 現(xiàn)代計算機廣泛采用了流水運算器?，F(xiàn)代計算機廣泛采用了流水運算器。處理機流水線處理機流水線 又稱為宏流水線，是指程序步驟的并行。由一又稱為宏流水線，是指程序步驟的并行。由一串級聯(lián)的處理機構(gòu)成流水線的各

54、個過程段，每臺處理機負責(zé)某串級聯(lián)的處理機構(gòu)成流水線的各個過程段，每臺處理機負責(zé)某一特定的任務(wù)。數(shù)據(jù)流從第一臺處理機輸入，經(jīng)處理后被送入一特定的任務(wù)。數(shù)據(jù)流從第一臺處理機輸入，經(jīng)處理后被送入與第二臺處理機相聯(lián)的緩沖存儲器中。第二臺處理機從該存儲與第二臺處理機相聯(lián)的緩沖存儲器中。第二臺處理機從該存儲器中取出數(shù)據(jù)進行處理，然后傳送給第三臺處理機，如此串聯(lián)器中取出數(shù)據(jù)進行處理，然后傳送給第三臺處理機，如此串聯(lián)下去。隨著高檔微處理器芯片的出現(xiàn)，下去。隨著高檔微處理器芯片的出現(xiàn)， 構(gòu)造處理機流水線將構(gòu)造處理機流水線將變得容易了。處理機流水線應(yīng)用在多機系統(tǒng)中。變得容易了。處理機流水線應(yīng)用在多機系統(tǒng)中。 5.

55、7 流水流水CPU - 5.7.3 流水線中的主要問題流水線中的主要問題1. 資源相關(guān)資源相關(guān)資源相關(guān)是指多條指令進入流水線后在同一機器時鐘周期內(nèi)爭資源相關(guān)是指多條指令進入流水線后在同一機器時鐘周期內(nèi)爭用同一個功能部件所發(fā)生的沖突。用同一個功能部件所發(fā)生的沖突。 假定一條指令流水線由五段組成。由下表可以看出，在時鐘假定一條指令流水線由五段組成。由下表可以看出，在時鐘4時，時，I1與與I4兩條指令發(fā)生爭用存儲器資源的相關(guān)沖突。兩條指令發(fā)生爭用存儲器資源的相關(guān)沖突。解決資源相關(guān)沖突的辦法：解決資源相關(guān)沖突的辦法：一是第一是第I4條指令停頓一拍后再啟動；二是增設(shè)一個存儲器，將條指令停頓一拍后再啟動；

56、二是增設(shè)一個存儲器，將指令和數(shù)據(jù)分別放在兩個存儲器中。指令和數(shù)據(jù)分別放在兩個存儲器中。5.7 流水流水CPU - 5.7.3 流水線中的主要問題流水線中的主要問題2. 數(shù)據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)相關(guān)在一個程序中，如果必須等前一條指令執(zhí)行完畢后，才能執(zhí)行后一條指令，在一個程序中，如果必須等前一條指令執(zhí)行完畢后，才能執(zhí)行后一條指令，那么這兩條指令就是那么這兩條指令就是數(shù)據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)相關(guān)的。的。在流水計算機中，指令的處理是重疊進行的，前一條指令還沒有結(jié)束，第在流水計算機中，指令的處理是重疊進行的，前一條指令還沒有結(jié)束，第二、三條指令就陸續(xù)地開始工作。二、三條指令就陸續(xù)地開始工作。由于多條指令的重疊處理，當(dāng)后繼指令所

57、需的操作數(shù)，剛好是前一指令的由于多條指令的重疊處理，當(dāng)后繼指令所需的操作數(shù)，剛好是前一指令的運算結(jié)果時，便發(fā)生數(shù)據(jù)相關(guān)沖突。如下表所示，運算結(jié)果時，便發(fā)生數(shù)據(jù)相關(guān)沖突。如下表所示，ADD指令與指令與SUB指令發(fā)指令發(fā)生了數(shù)據(jù)相關(guān)沖突。生了數(shù)據(jù)相關(guān)沖突。ADD: (R2)+(R3) R1, SUB: (R1)-(R5) R4, AND: (R1) (R7) R65.7 流水流水CPU - 5.7.3 流水線中的主要問題流水線中的主要問題解決數(shù)據(jù)相關(guān)沖突的辦法：解決數(shù)據(jù)相關(guān)沖突的辦法：在流水在流水CPU的運算器中設(shè)置若干運算結(jié)果緩沖寄存器，暫時保的運算器中設(shè)置若干運算結(jié)果緩沖寄存器，暫時保留運算結(jié)果，以便于后繼指令直接使用，這稱為留運算結(jié)果，以便于后繼指令直接使用，這稱為“向前向前”或定或定向傳送技術(shù)。向傳送技術(shù)。5.7 流水流水CPU - 5.7.3 流水線中的主要問題流水線中的主要問題3. 控制相關(guān)控制相關(guān)控制相關(guān)沖突是由