中央处理器(上)

1、 本章主要讨论：本章主要讨论： 运算器运算器 控制器控制器 数据通路数据通路 与外部的连接与外部的连接 指令的执行过程指令的执行过程 CPUCPU组成组成 CPUCPU工作原理工作原理 由由ALU、AC、DR和和PSW组成；是数据加组成；是数据加 工处理部件；在控制器的指挥下运行。工处理部件；在控制器的指挥下运行。 ： ： ：PCPC、指令寄存器（指令寄存器（IRIR） 、指令译码器（指令译码器（IDID）、 时序产生器时序产生器和和操作控制器操作控制器； “决策机构决策机构” ，协调和指挥整个系统的操作。，协调和指挥整个系统的操作。 （1）取指令，并指出下一条指令的位置。取指令，并指出下一条

2、指令的位置。 （2）对指令译码或测试，产生相应操作控对指令译码或测试，产生相应操作控 制信号，以启动规定的动作。制信号，以启动规定的动作。 （3）指挥并控制指挥并控制CPU、内存内存和和I/O设备之间设备之间 数据流动的方向。数据流动的方向。 ： 或或，采用时序逻辑技术实现。，采用时序逻辑技术实现。 ：速度快；速度快； ：设计、调试、维修困难，难实现设计自动化。设计、调试、维修困难，难实现设计自动化。 微地址微地址 形成电路形成电路 IR PSW PC 微地址寄存器微地址寄存器 AR 控制存储器控制存储器CM 译码器译码器 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 ，组合两者优点，尽量克服两者的缺点，组合两者优点，尽量克服两者的缺点， 是一种较有前途的方法。是一种较有前途的方法。 组合逻辑控制器原理组合逻辑控制器原理 控制器组成控制器组成 微命令微命令 发生器发生器 微命令序列微命令序列 I/OI/O状态状态 控制台信息控制台信息 运行状态运行状态 译码译码 . PSW PSW 时序时序 IR IR 地址形成地址形成 PCPC D 寻寻 来自来自M 送送M或或ALU +1 送送M 微命令微命令 发生器发生器 微命令序列微命令序列 I/OI/O状态状态 控制台信息控制台信息 运

4、行状态运行状态 译码译码 . PSW PSW 时序时序 IR IR 地址形成地址形成 PCPC D 寻寻 来自来自M 送送M或或ALU +1 送送M 微命令微命令 发生器发生器 1.1.微命令发生器微命令发生器 功能：功能： 产生全机所需的各种产生全机所需的各种微命令微命令 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 电位型电位型 脉冲型脉冲型 微命令微命令 发生器发生器 微命令序列微命令序列 I/OI/O状态状态 控制台信息控制台信息 运行状态运行状态 译码译码 . PSW PSW 时序时序 IR IR 地址形成地址形成 PCPC D 寻寻 来自来自M 送送M或或A

5、LU +1 送送M 2.2.指令计数器指令计数器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 顺序执行：顺序执行： PCPC先先+1+1，再用转移地址修改，再用转移地址修改PCPC 微命令微命令 发生器发生器 PCPC 转移执行：转移执行： 3.3.指令寄存器指令寄存器IRIR 功能：功能： 存放现行指令。存放现行指令。 决定操作决定操作 性质性质 操作码字段操作码字段 操作数地址操作数地址 转移地址转移地址 PCPC 微命令微命令 发生器发生器 微命令序列微命令序列 I/OI/O状态状态 控制台信息控制台信息 运行状态运行状态 译码译码 . PSW P

6、SW 时序时序 IR IR 地址形成地址形成 D 寻寻 来自来自M 送送M或或ALU +1 送送M 微命令微命令 发生器发生器 PCPC IR IR 地址码字段地址码字段 译码器译码器微命令发生器微命令发生器 地址形成部件地址形成部件 寻寻 D 4.4.状态寄存器状态寄存器PSWPSW 功能：功能： 指示程序运行方式，反映程序运行结果。指示程序运行方式，反映程序运行结果。 例例. 某机的某机的PSWPSW PCPC 微命令微命令 发生器发生器 微命令序列微命令序列 I/OI/O状态状态 控制台信息控制台信息 运行状态运行状态 译码译码 . PSW PSW 时序时序 IR IR 地址形成地址形成

7、 D 寻寻 来自来自M 送送M或或ALU +1 送送M 微命令微命令 发生器发生器 PCPC IR IR PSW PSW 工作方式工作方式 优先级优先级 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.时序线路时序线路 功能：功能： 控制操作时间和操作时刻。控制操作时间和操作时刻。 PCPC 微命令微命令 发生器发生器 微命令序列微命令序列 I/OI/O状态状态 控制台信息控制台信息 运行状态运行状态 译码译码 . PSW PSW 时序时序 IR IR 地址形成地址形成 D 寻寻 来自来自M

8、 送送M或或ALU +1 送送M 微命令微命令 发生器发生器 PCPC IR IR PSW PSW 时序时序 振荡器振荡器分频器分频器 时钟脉冲时钟脉冲 工作脉冲工作脉冲 时钟周期时钟周期( (节拍节拍) ) 产生电位产生电位 型微命令型微命令, 控制操作控制操作 时间段时间段 产生脉冲型产生脉冲型 微命令，控微命令，控 制定时操作制定时操作 指令周期、指令周期、CPUCPU周期、时钟周期间的关系：周期、时钟周期间的关系： 执行指令阶段执行指令阶段 取指令取指令 PC+1 对指令对指令 译码译码 执行指令执行指令 开始开始 一个一个CPU周期周期一个一个CPU周期周期 取指令阶段取指令阶段 取

9、下条指令取下条指令 PC+1 开始开始 取指令取指令 PC+1 对指令对指令 译码译码 送操作数送操作数 地址地址 执行加操作执行加操作 一个一个CPU周期周期一个一个CPU周期周期 取指令阶段取指令阶段执行指令阶段执行指令阶段 取出操作数取出操作数 一个一个CPU周期周期 取下条指令取下条指令 PC+1 PC AR； (PC)+1 PC； AR ABUS； 内存单元内存单元21的内容的内容 DBUS DR； DR IR； IR中操作码被译码或测试；中操作码被译码或测试； CPU识别出是识别出是ADD指令。指令。 取指令取指令 PC+1 对指令对指令 译码译码 送操作数送操作数 地址地址 执行

10、写操作执行写操作开始开始 一个一个CPU周期周期一个一个CPU周期周期 取指令阶段取指令阶段执行指令阶段执行指令阶段 送操作数送操作数 取下条指令取下条指令 PC+1 一个一个CPU周期周期 开始开始 取指令取指令 PC+1 对指令对指令 译码译码 不执行任不执行任 何操作何操作 取下条指令取下条指令 PC+1 一个一个CPU周期周期一个一个CPU周期周期 取指令阶段取指令阶段执行指令阶段执行指令阶段 取指令取指令 PC+1 对指令对指令 译码译码 送转移送转移 地址地址 取下条指令取下条指令 PC+1 开始开始 一个一个CPU周期周期一个一个CPU周期周期 取指令阶段取指令阶段执行指令阶段执行指令阶段 IR PCAR M DRR0 R1 R2 R3 X Y IRi IRo PCiAR