北京联合大学李天工计算机组成原理课件4.

1、1第第4 4章章 计算机的指令和控制器计算机的指令和控制器4.1 4.1 计算机的指令系统计算机的指令系统4.2 4.2 计算机的微处理器计算机的微处理器4.3 4.3 计算机的控制器计算机的控制器4.4 4.4 微程序控制器工作原理微程序控制器工作原理4.5 4.5 微程序控制器设计技术微程序控制器设计技术2本章概述：本章概述：计算机指令与控制器关系计算机指令与控制器关系计算机指令参见：计算机指令参见：P122 控制器产生的微指令参见：控制器产生的微指令参见：P146 微指令的基本格式微指令的基本格式结论：结论：指令只针对该控制器。指令只针对该控制器。指令和控制器是结合一起设计的。指令和控制

2、器是结合一起设计的。控制逻辑部件控制逻辑部件机器指令（高低电平）机器指令（高低电平）控制信号（高低电平）控制信号（高低电平）指令寄存器指令寄存器IRIR4.1 计算机的指令系统计算机的指令系统34.1 4.1 计算机的指令系统计算机的指令系统4.1.1 4.1.1 指令系统概述指令系统概述4.1.2 4.1.2 指令的格式指令的格式4.1.3 4.1.3 指令的分类指令的分类4.1.4 4.1.4 指令的寻址方式指令的寻址方式本节教学目标：熟练掌握指令的格式、寻址方式、指令本节教学目标：熟练掌握指令的格式、寻址方式、指令 的类型及精简指令集的特点。的类型及精简指令集的特点。本节重点内容：自主分

3、析指令的寻址方式，能够运用一本节重点内容：自主分析指令的寻址方式，能够运用一 些简单的指令解决基本问题，并理解指些简单的指令解决基本问题，并理解指 令的处理过程。令的处理过程。1、几个概念、几个概念程序、指令、指令系统、系列计算机程序、指令、指令系统、系列计算机、CISC和和RISC计算机的计算机的程序程序是由一系列的指令组成是由一系列的指令组成指令指令计算机能直接识别、执行的某种操作命令计算机能直接识别、执行的某种操作命令 微指令、微指令、机器指令机器指令、宏指令、宏指令机器指令机器指令中每条指令可以完成独立运算，简称中每条指令可以完成独立运算，简称指令指令指令系统指令系统是一台计算机中所有

4、指令的集合是一台计算机中所有指令的集合系列计算机系列计算机基本指令系统相同，基本系统结构相同基本指令系统相同，基本系统结构相同 IBM，PDP-11，VAX-11，Intel-x86, Pentium4.1.1 指令系统概述（指令系统概述（P103）5CISC和和RISC 为了增强处理器的功能，强化指令系统：指令多、寻址方式为了增强处理器的功能，强化指令系统：指令多、寻址方式复杂、格式变化，形成复杂、格式变化，形成复杂指令集计算机复杂指令集计算机CISC（Complex Instruction Set Computer） 研究标明，研究标明，CISC中最常用、最简单、最基本的指令仅占指令中最常

5、用、最简单、最基本的指令仅占指令总数的总数的20%，但在程序中出现的频率却占，但在程序中出现的频率却占80% “80%和和20%规律规律”产生了精简指令集计算机产生了精简指令集计算机RISC（Reduced Instruction Set Computer），）， 特点是：特点是：选取使用频率最高的简单指令，指令条数较少选取使用频率最高的简单指令，指令条数较少指令长度固定，指令格式种类少，寻址方式种类少指令长度固定，指令格式种类少，寻址方式种类少只有取数只有取数/存数指令访问存储器，其余指令的操作都在寄存存数指令访问存储器，其余指令的操作都在寄存器之间进行（寄存器器之间进行（寄存器-寄存器寄存

6、器Load/Store类型结构）类型结构）便于采用流水线等先进技术提高性能便于采用流水线等先进技术提高性能61 1）操作码）操作码指明指令操作性质的命令码。它提供指令的操作控指明指令操作性质的命令码。它提供指令的操作控制信息。制信息。 指令系统中指令的个数指令系统中指令的个数N N与操作码的位数与操作码的位数n n，必须满，必须满足关系式：足关系式： N2N2n n2 2）操作数地址码）操作数地址码 用来描述该指令的操作对象。用来描述该指令的操作对象。 4.1.2 指令的格式指令的格式 1、指令：操作码字段、指令：操作码字段+操作数地址字段操作数地址字段操作码字段操作码字段OP地址码字段地址码

7、字段A74.1 4.1 计算机指令系统计算机指令系统3）操作数物理位置（）操作数物理位置（P107） 基本结构相同：操作码基本结构相同：操作码 操作数操作数存储器存储器寄存器寄存器I/O接口接口操作码主要功能操作码主要功能 运算运算 传送传送 存储器存储器内容内容 地址地址 寄存器寄存器 84）指令按操作数个数分类）指令按操作数个数分类OPOPA1A1A2A2A3A3 三地址指令三地址指令 OPOPA1A1A2A2 二地址指令二地址指令 OPOPA1A1 一地址指令一地址指令 OPOP零地址指令零地址指令 (A1)OP(A2) (A3)(A1)OP(A2) (A3) (A1)OP(A2) (A

8、1) (A1)OP(A2) (A1) (AC)OP(A) AC (AC)OP(A) AC如停机如停机, ,空操作空操作, ,堆栈指令堆栈指令4.1.2 指令的格式指令的格式9零地址指令格式零地址指令格式这是一种没有操作数地址部分的指令格式。这是一种没有操作数地址部分的指令格式。这种指令可能：无需任何操作数或隐含操作数。这种指令可能：无需任何操作数或隐含操作数。 如空操作指令，停机指令等。如空操作指令，停机指令等。操作码操作码OC4.1.2 指令的格式指令的格式10一地址指令格式一地址指令格式（1 1）指令中给出的一个地址即是操作数的地址，又是）指令中给出的一个地址即是操作数的地址，又是操作结果

9、的存储地址。如加操作结果的存储地址。如加1 1、减、减1 1、移位等单操作、移位等单操作数指令。数指令。（2 2）在某些计算机中，指令中提供的一个地址提供一）在某些计算机中，指令中提供的一个地址提供一个操作数，另一个操作数是由机内硬件寄存器个操作数，另一个操作数是由机内硬件寄存器“隐隐含含”地自动提供的。地自动提供的。AC1操作码操作码OC11二地址指令格式二地址指令格式 把保存操作前原来操作数的地址称为源点地址把保存操作前原来操作数的地址称为源点地址(SS)(SS)，把保存指令执行结果的地址称为终点地址或目的地址把保存指令执行结果的地址称为终点地址或目的地址(DD)(DD)。 例如，双操作数

10、加法指令：例如，双操作数加法指令：ADD RADD R0 0，R R1 1 ADD (R ADD (R0 0) )，R R1 1AC1操作码操作码OCAC212三地址指令格式三地址指令格式其操作是对其操作是对AC1、AC2指出的两个操作数进行操指出的两个操作数进行操作码所规定的操作，并将结果存入作码所规定的操作，并将结果存入AC3中。中。 AC1操作码操作码OCAC3AC2134.1 4.1 计算机的指令系统计算机的指令系统5 5）二地址指令）二地址指令从操作数位置归类从操作数位置归类 RRRR型指令型指令(P107)(P107) RRRR型指令型指令指令中两个操作数都是寄存器操作数指令中两个

11、操作数都是寄存器操作数 （RRRR型指令占用空间小，执行速度快）型指令占用空间小，执行速度快） RSRS型指令型指令 RSRS型指令型指令指令中两个操作数，一个是寄存器操作指令中两个操作数，一个是寄存器操作数，另一个是存储器操作数。（数，另一个是存储器操作数。（RSRS型指令可以直接访问型指令可以直接访问存储器，方便）存储器，方便） SSSS型指令型指令 SSSS型指令型指令访问内存指令格式，参与操作的数都在访问内存指令格式，参与操作的数都在内存中。（内存中。（SSSS型需多次访问内存，在型需多次访问内存，在386386之前是不能实现之前是不能实现的）的）144.1 4.1 计算机的指令系统计

12、算机的指令系统2. 2. 机器指令和符号指令机器指令和符号指令（P108P108）1) 1) 符号指令的一般格式符号指令的一般格式汇编指令汇编指令 机器指令是给机器用的，汇编指令是给人读的。机器指令是给机器用的，汇编指令是给人读的。 操作码操作码 目的操作数，源操作数目的操作数，源操作数2）汇编指令与机器指令一一对应关系）汇编指令与机器指令一一对应关系表达形式相异：字符组合表达形式相异：字符组合 01编码编码3）指令字长度（）指令字长度（P107）指令字长指令字长=操作码的位数操作码的位数+(操作数地址个数操作数地址个数)*(操作数地址码位数操作数地址码位数)单字长指令单字长指令指令字长度等于

13、指令字长度等于机器字长度机器字长度的指令的指令半字长指令、双字长指令、三半字长指令、双字长指令、三/四字长指令、可变字长等四字长指令、可变字长等154) 简单指令系统的具体指令格式（简单指令系统的具体指令格式（P110例例2）操作码操作码指令基本字长指令基本字长数据数据 / / 偏移量偏移量寄存器地址寄存器地址 A1A1寄存器地址寄存器地址 A2A24.1 计算机的指令系统计算机的指令系统164.1.3 4.1.3 指令系统的分类指令系统的分类1) 1) 按指令功能分类按指令功能分类 计算机指令系统的一般分类方法计算机指令系统的一般分类方法5 5类类 数据传送类数据传送类与内存和与内存和I/O

14、I/O设备之间传送设备之间传送 运算类运算类算数运算和逻辑运算算数运算和逻辑运算 程序控制程序控制程序的分支和转移程序的分支和转移 处理器控制处理器控制 数据块处理类数据块处理类2) 2) 指令操作码长度指令操作码长度 固定长度固定长度 可变长度可变长度操作码通过扩展改变长度，增加指令操作码通过扩展改变长度，增加指令1、分类方法、分类方法 （P119）17例：例：基本的汇编指令基本的汇编指令加法指令加法指令 ADD rsADD rs，rs1rs1加法指令加法指令 ADD rsADD rs，rs1 rs1 加法指令加法指令 ADD rsADD rs，rs1+disprs1+disp减法指令减法指

15、令 SUB rsSUB rs，rs1 rs1 减法指令减法指令 SUB rsSUB rs，rs1 rs1 减法指令减法指令 SUB rsSUB rs，rs1+disp rs1+disp 传送指令传送指令 LOAD rsLOAD rs，rs1 rs1 传送指令传送指令 LOAD rsLOAD rs，rs1+disp rs1+disp 传送指令传送指令 STORE rs1STORE rs1，rsrs传送指令传送指令 STORE rs1+dispSTORE rs1+disp，rsrs转移指令转移指令 JMP disp JMP disp 相对转移相对转移转移指令转移指令 JMP rs1+disp JM

16、P rs1+disp 直接转移直接转移4.1.3 指令系统的分类指令系统的分类2、基本汇编指令、基本汇编指令 （P119）18p寻址：寻找指令或操作数有效地址的方式寻址：寻找指令或操作数有效地址的方式指令和操作数都可以放在存储器中指令和操作数都可以放在存储器中指令寻址指令寻址顺序寻址顺序寻址跳跃寻址跳跃寻址操作数寻址操作数寻址4.1.4 指令和数据的寻址方式指令和数据的寻址方式19指令寻址指令寻址顺序寻址（顺序寻址（P112） 程序的指令序列在主存顺序存放。程序执行时从第一程序的指令序列在主存顺序存放。程序执行时从第一条指令开始，逐条取出并逐条执行，这种程序的顺序条指令开始，逐条取出并逐条执行

17、，这种程序的顺序执行过程，称为执行过程，称为顺序寻址方式顺序寻址方式。为了达到顺序寻址的目的，为了达到顺序寻址的目的，CPU中必须有一个中必须有一个程序计程序计数器数器（PC）对指令的顺序号进行计数。对指令的顺序号进行计数。PC中开始时存中开始时存放程序的首地址，每执行一条指令，放程序的首地址，每执行一条指令，PC 加加1，以指出，以指出下条指令的地址，直到程序结束。下条指令的地址，直到程序结束。PC存放下一条指令的地址存放下一条指令的地址20100Inc AXadd ax,bx 101顺序寻址过程顺序寻址过程21当程序中出现分支或循环时，就会改变程序的执行当程序中出现分支或循环时，就会改变程

18、序的执行顺序。此时对指令寻址就要采取顺序。此时对指令寻址就要采取跳跃寻址方式。跳跃寻址方式。所谓跳跃，就是指下条指令的地址不是通过程序计所谓跳跃，就是指下条指令的地址不是通过程序计数器数器PC当前值获得的，而是由指令本身给出。当前值获得的，而是由指令本身给出。跳跃的处理方式是跳跃的处理方式是重新修改重新修改PC的内容。然后进入取的内容。然后进入取指令阶段。指令阶段。指令寻址指令寻址跳跃寻址（跳跃寻址（P112）22IR100JMP 103MOV AX,BXJMP 103MOV AX,BX103跳跃寻址过程跳跃寻址过程23操作数的寻址方式操作数的寻址方式熟悉几个名词熟悉几个名词p 操作数寻址方式

19、：操作数位置的表达和实现方式操作数寻址方式：操作数位置的表达和实现方式p 存储器地址名称：物理地址存储器地址名称：物理地址逻辑地址逻辑地址 物理地址物理地址内存中实际地址内存中实际地址 逻辑地址逻辑地址在指令中表现形式在指令中表现形式 p 有效地址有效地址 EA(R)+A操作码操作码指令基本字长指令基本字长数据数据 / / 偏移量偏移量寄存器地址寄存器地址 A1A1寄存器地址寄存器地址 A2A224p 操作数寻址方式分类：（操作数寻址方式分类：（P114） 划分依据：划分依据：有效地址有效地址EA(R)+A隐含寻址隐含寻址 （不表达出，例：堆栈寻址）（不表达出，例：堆栈寻址）立即寻址立即寻址寄

20、存器寻址寄存器寻址直接寻址直接寻址(寄存器寄存器)间接寻址间接寻址 基址寻址基址寻址 变址寻址变址寻址 相对基址寻址相对基址寻址 相对变址寻址相对变址寻址操作码操作码指令基本字长指令基本字长数据数据 / / 偏移量偏移量寄存器地址寄存器地址 A1A1寄存器地址寄存器地址 A2A2 存储器存储器内容内容 地址地址 寄存器寄存器 存储器寻址存储器寻址 EAEA(R)+A(R)+A4.1.4 指令和数据的寻址方式指令和数据的寻址方式相对寻址相对寻址 PC=(PC)+A25寻址方式分类寻址方式分类p立即寻址立即寻址p寄存器寻址寄存器寻址p直接寻址直接寻址p间接寻址间接寻址p隐含寻址隐含寻址p基址基址/

21、变址寻址变址寻址p相对基址相对基址/变址寻址变址寻址操作码操作码指令实用格式指令实用格式立即数立即数/ /直接地址直接地址/ /位移量位移量寄存器地址寄存器地址 A1A1寄存器地址寄存器地址 A2A2条件码条件码I/OI/O端口地址端口地址/ /相对转移位移量相对转移位移量15151010 9 98 87 70 026立即（数）寻址立即（数）寻址 地址码字段是操作数本身地址码字段是操作数本身 操作数操作数=A例例: MOV AX,2038H （2038HAX）MOV38202038内存内存27寄存器寻址寄存器寻址 操作数在操作数在CPUCPU的内部寄存器中的内部寄存器中. . EA=R EA=

22、RMOV AX, BXMOV AX, BX0 x20000 x20000 x4FFF0 x4FFF0 x20000 x200028 直接寻址直接寻址地址码字段直接给出操作数在内存的地址地址码字段直接给出操作数在内存的地址. MOV AX , 20077OPX D内存内存EA=A29 间接寻址间接寻址 A是操作数地址的地址是操作数地址的地址E=(A)400788需要访问两次内存需要访问两次内存,速度慢速度慢已被淘汰已被淘汰OPX D内存内存30300ROPX R400788内存内存基址基址/变址寻址变址寻址31相对基址相对基址/ /变址寻址变址寻址3000操作数操作数 OPX 200内存内存32

23、隐含寻址（固定寻址）隐含寻址（固定寻址）操作数地址不直接在指令中表示，而是隐含在指令中。操作数地址不直接在指令中表示，而是隐含在指令中。 堆栈操作堆栈操作 单地址指令单地址指令33堆栈寻址方式堆栈寻址方式AXAXAXAXBXBXBXBXAXAXCXCXCXCXBXBXAXAX PUSH AX PUSH AX PUSH BX PUSH BX PUSH CX PUSH CXCXCXBXBXAXAX POP CX POP CX堆栈顶堆栈顶344.1 4.1 计算机的指令系统计算机的指令系统思考题：思考题：指令格式如下所示，其中指令格式如下所示，其中OPOP为操作码。为操作码。试分析指令格式特点。试分

24、析指令格式特点。 解：解：单字长二地址指令。单字长二地址指令。操作码字段操作码字段OPOP可以指定可以指定2 27 7=128=128条指令。条指令。源寄存器和目标寄存器都是通用寄存器（可分别指定源寄存器和目标寄存器都是通用寄存器（可分别指定3232个），所以是个），所以是RRRR型指令，两个操作数均存在寄存器中。型指令，两个操作数均存在寄存器中。这种指令结构常用于算术逻辑类指令。这种指令结构常用于算术逻辑类指令。354.1 4.1 计算机的指令系统计算机的指令系统思考题：思考题：双字指令格式如下所示，双字指令格式如下所示，OPOP为操作码字段。为操作码字段。试分析指令格式的特点。试分析指令格

25、式的特点。 解：解：（1 1）双字长二地址指令，用于访问存储器。）双字长二地址指令，用于访问存储器。（2 2）操作码字段）操作码字段OPOP为为6 6位，可以指定位，可以指定2 26 6=64=64种操作。种操作。（3 3）一个操作数在源寄存器（共）一个操作数在源寄存器（共1616个），另一个操作数个），另一个操作数在存储器中（由基值寄存器和位移量决定），所以是在存储器中（由基值寄存器和位移量决定），所以是RSRS型指令。型指令。基址基址36了解计算机指令系统之后，下一个目标：掌握指令是了解计算机指令系统之后，下一个目标：掌握指令是如何工作如何工作(发挥作用发挥作用)的。的。指令是进入指令是进

26、入CPU之后，在之后，在CPU中发挥作用的。因此有中发挥作用的。因此有必要先了解必要先了解CPU的基本构造。的基本构造。4.2 计算机的微处理器计算机的微处理器374.2 计算机的微处理器计算机的微处理器CPUCPU的组成的组成CPUCPU的功能的功能CPUCPU中的主要寄存器中的主要寄存器操作控制器操作控制器时序产生器时序产生器38 当代主流计算机所遵循的仍然是当代主流计算机所遵循的仍然是冯冯. .诺依曼诺依曼的的“存储程序、程序控制存储程序、程序控制”思想。思想。 程序告诉计算机：程序告诉计算机：应该逐步执行什么操作；应该逐步执行什么操作；在什么地方找到用来操作的数据，结果存到何在什么地方

27、找到用来操作的数据，结果存到何处处等。等。 中央处理器中央处理器是控制计算机自动完成取出指令是控制计算机自动完成取出指令和执行指令任务的部件。它是计算机的核心部和执行指令任务的部件。它是计算机的核心部件，通常简称为件，通常简称为CPU（Central Processing Unit）CPU是什么是什么39CPU的组成的组成运算器运算器是数据加工处理部件，所进行的全部操作由控制是数据加工处理部件，所进行的全部操作由控制器发出的控制信号指挥器发出的控制信号指挥执行所有的算术运算执行所有的算术运算/ /逻辑运算逻辑运算控制器控制器完成对整个计算机系统操作的完成对整个计算机系统操作的协调与指挥协调与指

28、挥从内存取出一条指令从内存取出一条指令, ,并指出下条指令的地址并指出下条指令的地址对指令进行译码对指令进行译码, ,产生相应的控制信号产生相应的控制信号产生执行部件的运行所需要的控制信号产生执行部件的运行所需要的控制信号指挥并控制指挥并控制CPU,CPU,内存和内存和I/OI/O设备之间的数据传送设备之间的数据传送40算术逻辑单元算术逻辑单元状态条件寄存器状态条件寄存器程序计数器程序计数器PC地址寄存器地址寄存器AR地址总线地址总线ABUS数据总线数据总线DBUS累加器累加器AC存储器存储器 I/OCPUALU指令寄存器指令寄存器IR指令译码器指令译码器操作控制器操作控制器时序产生器时序产生

29、器时钟时钟状态状态反馈反馈取指取指控制控制执行执行控制控制ccccc缓冲寄存器缓冲寄存器DRCPUCPU的基本模型的基本模型41CPU中的主要寄存器中的主要寄存器PC(Program Counter)-PC(Program Counter)-程序计数器程序计数器 确定下一条指令的地址确定下一条指令的地址AR(Address Register)-AR(Address Register)-地址寄存器地址寄存器 保存当前保存当前CPUCPU所访问的内存单元的地址所访问的内存单元的地址DR(Data Register)-DR(Data Register)-数据缓冲寄存器数据缓冲寄存器 暂时存放由内存读

30、出或写入的指令或数据字暂时存放由内存读出或写入的指令或数据字IR(Instruction Register)-IR(Instruction Register)-指令寄存器指令寄存器 保存当前正在执行的一条指令保存当前正在执行的一条指令42CPU中的主要寄存器中的主要寄存器AC(Accumulate Count)-AC(Accumulate Count)-累加寄存器累加寄存器 最常使用的一个通用寄存器最常使用的一个通用寄存器PSW (Program Status Word)PSW (Program Status Word)程序状态字程序状态字 保存由算术和逻辑指令的结果建立的各种条件码保存由算术

31、和逻辑指令的结果建立的各种条件码通用寄存器通用寄存器 给给ALU提供暂存数据的工作区等提供暂存数据的工作区等43操作控制器操作控制器 在各寄存器之间建立数据通路在各寄存器之间建立数据通路根据根据指令操作码和时序信号指令操作码和时序信号, ,产生各种控制信号产生各种控制信号 , ,以便以便建立正确的数据通路建立正确的数据通路, ,从而完成取指令和执行指令的从而完成取指令和执行指令的控制。控制。硬布线控制器硬布线控制器 ( (时序逻辑型时序逻辑型) () (硬件实现硬件实现) )微程序控制器微程序控制器 ( (存储程序型存储程序型) () (软件实现软件实现) )时序产生器时序产生器产生各种时序信

32、号产生各种时序信号( (电位电位, ,脉冲脉冲) )；对各种操作实施时间上的控制。对各种操作实施时间上的控制。 44CPU的功能的功能数据加工：数据加工：对数据进行算术运算和逻辑运算处理；对数据进行算术运算和逻辑运算处理；指令控制：指令控制：保证机器按程序规定的顺序取出执行；保证机器按程序规定的顺序取出执行；操作控制操作控制: : CPUCPU产生每条指令所对应的操作信号，并把产生每条指令所对应的操作信号，并把 各种操作信号送往相应的部件，从而控制这各种操作信号送往相应的部件，从而控制这 些部件按指令的要求进行动作；些部件按指令的要求进行动作；时间控制时间控制: :对各种操作的实施时间进行定时

33、。对各种操作的实施时间进行定时。45内部暂存器内部暂存器 IP ES SS DS CS输入输入/输出输出控制电路控制电路外部总线外部总线执行部分执行部分控制电路控制电路1 2 3 4 5 6ALU标志寄存器标志寄存器 AH AL BH BLCH CL DH DL SP BP SI DI通用寄存器通用寄存器地址加法器地址加法器指令队列缓冲器指令队列缓冲器执行部件执行部件 （EU)总线接口部件总线接口部件 （BIU)16位位20位位16位位8位位8086CPU8086CPU内部结构内部结构46 指令指针指令指针控制控制ROM控制部件控制部件地址生成地址生成(U流水线流水线)地址生成地址生成(V流水

34、线流水线)ALU(U流水线流水线)ALU(V流水线流水线)整数寄存器组整数寄存器组桶形移位器桶形移位器8K字节数据字节数据 高速缓存高速缓存TLB浮点部件浮点部件控制控制寄存器组寄存器组加法加法除法除法乘法乘法总总线线部部件件 页页面面部部件件预取缓冲器预取缓冲器指令译码器指令译码器8K字节代码字节代码 高速缓存高速缓存TLB 分支目标分支目标缓冲器缓冲器 分支检验分支检验与目标地址与目标地址 预取预取地址地址控制控制64位位数据总线数据总线32位位地址总线地址总线32位地址总线位地址总线64位数据总线位数据总线256323232323232PentiumCPUPentiumCPU内部结构内部

35、结构473. 2009年考研计算机专业计组试题结构图年考研计算机专业计组试题结构图 4.2 计算机的微处理器计算机的微处理器484.2 CPU4.2 CPU基本构造基本构造4. 教材教材CPU系统修改系统修改AinA494.3 4.3 指令工作分析指令工作分析1. 指令工作的时间分析（指令工作的时间分析（P130）指令工作的三个步骤：取指，译码，执行指令工作的三个步骤：取指，译码，执行指令工作时间指令工作时间指令周期（指令周期（P131图）图）分析指令工作分析指令工作(操作操作)顺序时，可按机器周期，或按时钟周期进行顺序时，可按机器周期，或按时钟周期进行时钟周期时钟周期T1T1CPUCPU周期

36、周期( (机器周期机器周期) )取指令取指令T2T2T3T3T4T4CPUCPU周期周期( (机器周期机器周期) )CPUCPU周期周期( (机器周期机器周期) )执行指令执行指令执行指令执行指令一个指令周期一个指令周期50一个一个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开始开始取指令取指令PC+1对指令对指令译码译码执行指令执行指令取下条指取下条指令令PC+1指令工作的三个步骤：取指，译码，执行指令工作的三个步骤：取指，译码，执行51指令工作时间指令工作时间指令周期指令周期 指令周期指令周期 : : CPUCPU从内存取出一条指令并执行完这从内存取出一

37、条指令并执行完这条指令的时间总和条指令的时间总和 CPU CPU周期周期 : : 又称又称机器周期机器周期（总线周期总线周期），），CPUCPU访问访问内存所花的时间较长，因此用内存所花的时间较长，因此用CPUCPU从内存读取一条指令从内存读取一条指令字的所需的最短时间来定义字的所需的最短时间来定义. . 时钟周期时钟周期 : : 通常称为通常称为节拍脉冲节拍脉冲或或T T周期周期。一个。一个CPUCPU周期包含若干个时钟周期周期包含若干个时钟周期T T 相互关系相互关系： 1 1个指令周期个指令周期 = = 若干个若干个CPUCPU周期周期 1 1个个CPUCPU周期周期 = = 若干若干T T周期周期 取指时间执行指令时间取指时间执行指令时间524.3 4.3 指令工作分析指令工作分析2. 指令工作的操作分析指令工作的操作分析 (P132)1)取指令的操作取指令的操作(P133)(1)发指令地址发指令地址 (PC)AR(2)读指令读指令 PC+1,MDB DBDR(3)指令进指令进IR (DR)IR(4)指令译码指令译码考研题给出的条件考研题给出的条件三态门三态门534.3 4.3 指令工作分析指令工作分析2) 执行指令的操作执行指令的操作教材给出指令如下