处理器架构PPT

1、第三第三章章 CPUCPU组成组成http:/3.1 CPU的功能和组成的功能和组成1 诺依曼机结构诺依曼机结构Structure of von Neumann machine3.1 CPU的功能和组成的功能和组成1 诺依曼机结构诺依曼机结构Structure of IAS detail3.1 CPU的功能和组成的功能和组成2 CPU内部结构内部结构3.1 CPU的功能和组成的功能和组成3 CPU的基本功能的基本功能指令控制指令控制 控制程序的执行顺序。这是首要任务。操作控制操作控制 产生每条指令的操作信号，送往相应的部件，并控制这些部件 按指令的要求进行动作时间控制时间控制 数据加工数据加工

2、 对数据进行算术运算和逻辑运算处理。这是CPU的根本任务。中断处理中断处理3.1 CPU的功能和组成的功能和组成4 CPU的基本组成的基本组成ALU ALU 计算机的功能精髓寄存器寄存器用于CPU内部的数据存储内部数据路径内部数据路径用于寄存器之间以及寄存器与ALU之间的数据传送外部数据路径外部数据路径用于将寄存器连接到内存和I/O模块控制器控制器引起CPU内部的操作发生3.1 CPU的功能和组成的功能和组成5 CPU中的主要寄存器中的主要寄存器CPUCPU中的寄存器服务于两类功能：中的寄存器服务于两类功能：用户可见寄存器用户可见寄存器 这些寄存器允许机器语言或汇编语言程序员通过优化寄存器的使

3、用而减少对主存的访问控制和状态寄存器控制和状态寄存器用来控制CPU的操作并被特权的操作系统程序用来控制程序的执行。3.1 CPU的功能和组成的功能和组成5 CPU中的主要寄存器中的主要寄存器通用寄存器组通用寄存器组 用户可编程访问暂存器暂存器 对用户透明累加器累加器AC AC 当ALU执行全部算术和逻辑运算时，为ALU提供一个工作区。并暂存ALU运算的结果信息。指令寄存器指令寄存器IR IR 用于存放当前指令程序计数器程序计数器PC PC 用于存放后继指令地址程序状态字寄存器程序状态字寄存器PSWPSW地址寄存器地址寄存器AR AR 连接到系统总线的地址线，指定了读/写操作的内存地址。数据寄存

4、器数据寄存器MDR MDR 连接到系统总线的数据线，容有最后一次访问内存的值3.1 CPU的功能和组成的功能和组成6 操作控制器和时序发生器操作控制器和时序发生器微操作与数据通路微操作与数据通路微操作微操作 指令分解后的最基本、最简单、不可再分的操作数据通路数据通路 寄存器间传输信息的通路3.1 CPU的功能和组成的功能和组成6 操作控制器和时序发生器操作控制器和时序发生器(1) (1) 操作控制器操作控制器决定在什么时间，根据什么条件，发出什么命令，做什么操作。为使控制器实现其功能，必须具有允许它确定系统状态的输入和允许它控制系统行为的输出。这是控制器的外部规范。内部，控制器必须具有完成它的

5、排序和执行功能的逻辑。按照微命令的形成方式，通常有两种类型的控制器：按照微命令的形成方式，通常有两种类型的控制器： 组合逻辑控制器组合逻辑控制器微程序控制器微程序控制器(2) (2) 时序信号发生器时序信号发生器产生各功能部件所需要的定时控制信号。对控制信号实施时间控制3.2 CPU的工作过程的工作过程1 指令的执行过程指令的执行过程FI：取指令DI：指令译码CO：计算操作数地址FO：取操作数EI：执行指令WO：写操作数6 6段指令流水线操作时序图段指令流水线操作时序图3.2 CPU的工作过程的工作过程2 2 指令周期指令周期3 时序发生器时序发生器时序信号时序信号产生各功能部件所需要的定时控

6、制信号。并对各种控制信号实施时间上的严格控制。时序发生器时序发生器用逻辑电路发出时序信号3.2 CPU的工作过程的工作过程4 控制方式控制方式 同步控制方式同步控制方式各项操作与统一的时序信号同步异步控制方式异步控制方式各项操作按其需要选择不同的时间，不受统一的时序信号约束；各操作之间的衔接与各部件之间的信息交换采取应答方式3.2 CPU的工作过程的工作过程1 组合逻辑控制器组合逻辑控制器硬连线来自主存来自主存+1+1送送M M或或ALUALU运行状态运行状态I/OI/O状态状态控制台信息控制台信息微命令序列微命令序列微操作信号发生器微操作信号发生器状态字寄存器状态字寄存器程序计数器程序计数器地址形成部件地址形成部件时时序序系系统统译码译码译码译码操作码操作码地址段地址段( (寻址方式、寄存器寻址方式、寄存器号号) )3.3 操作控制器操作控制器2 微程序控制器微程序控制器基本思想基本思想 将存储逻辑引入CPU，将程序设计技术引入CPU的构成级微命令字段微命令字段微地址字段微地址字段指令代码指令代码运行状态运行状态微命令序列微命令序列微地址微地址形成电路形成电路微地址寄存器微地址寄存器ARAR译码器译码器微指令存储器微指令存储器IRIRIRIRPSWPSWPCPC控制存储器控制存储器CMCM3.3 操作控制器操作控制器两个层次两个层