第五章中央处理器

第五章中央处理器5.1CPU的组成和功能5.1.1CPU的功能

使用CPU可以自动完成取出指令和执行指令的任务。CPU的基本功能：指令控制程序的顺序控制。操作控制管理并产生由内存取出的每条指令的操作信号，把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。

对各种操作实施时间上的定时。数据加工对数据进行算术运算和逻辑运算处理。

第五章中央处理器5.1.2CPU的基本组成早期的CPU由运算器和控制器两大部分组成。随着高密度集成电路技术的发展，当今的CPU芯片变成运算器、cache和控制器三大部分，其中还包括浮点运算器、存储管理部件、中断系统、总线接口等。第五章中央处理器5.1.2CPU的基本组成——控制器第五章中央处理器从内存中取出一条指令，并指出下一条指令在内存中的位置；对指令进行译码或测试，并产生相应的操作控制信号，以便启动规定的动作；指挥并控制CPU、内存和输入/输出设备之间数据流动的方向。5.1.2CPU的基本组成——控制器（2）第五章中央处理器5.1.2CPU的基本组成——运算器第五章中央处理器5.1.2CPU的基本组成——运算器（2）执行所有的算术运算；执行所有的逻辑运算，并进行逻辑测试，如零值测试或两个值的比较。第五章中央处理器5.1.3CPU中的主要寄存器CPU中最基本的六类寄存器：数据缓冲寄存器（DR）指令寄存器（IR）程序计数器（PC）地址寄存器（AR）累加寄存器（AC）状态条件寄存器（PSW）第五章中央处理器5.1.4操作控制器与时序产生器数据通路是许多寄存器之间传送信息的通路。操作控制器的功能：根据指令操作码和时序信号，产生各种操作控制信号，以便正确地建立数据通路，从而完成取指令和执行指令的控制。第五章中央处理器操作控制器的分类根据设计方法不同，操作控制器可分为时序逻辑型（硬布线控制器）存储逻辑型（微程序控制器）时序逻辑与存储逻辑结合型（门阵列控制器）时序产生器的作用：对各种操作实施时间上的控制。第五章中央处理器5.2

指令周期5.2.1指令周期的基本概念

存储器中指令和数据的区分，使用的是指令周期的方法。什么是指令周期呢？第五章中央处理器指令周期示意图指令周期——CPU从内存取出一条指令并执行这条指令的时间总和。由于各种指令的操作功能不同，各种指令的指令周期是不尽相同的。划分指令周期，是设计操作控制器的重要依据。第五章中央处理器指令周期示意图CPU周期——又称机器周期，从内存读取一条指令字的最短时间。第五章中央处理器指令周期示意图时钟周期——通常称为节拍脉冲或T周期。一个CPU周期包含若干个时钟周期。时钟周期→CPU周期（机器周期）→指令周期第五章中央处理器5.2.2CLA指令的指令周期CLA是一条非访内指令累加寄存器AC的内容全部清零周期数：2（1+1）

第五章中央处理器取指令和执行指令+102002002120CLACLACLA000000第五章中央处理器5.2.3ADD指令的指令周期访问内存取数并执行加法操作周期数：3（1+2）第五章中央处理器送操作数地址，两操作数相加ADD3030000006030000006000006第五章中央处理器5.2.4STA指令的指令周期访问内存的存数指令周期数：3（1+2）第五章中央处理器送操作数地址，存储和数STA4004000000600000640000006第五章中央处理器5.2.5NOP指令和JMP指令的指令周期NOP指令是一条空操作指令，用来调机。周期数：1JMP指令一个程序控制指令，改变程序原先的执行顺序。周期数：2JMP指令第五章中央处理器JMP指令的执行阶段JMP21+1000025000021000021第五章中央处理器五条指令的取指和执行过程第五章中央处理器5.2.6用方框图语言表示指令周期所谓公操作是指一条指令执行完毕后，CPU所开始进行的一些操作，这些操作主要是CPU对外设请求的处理，如中断处理、通道处理等。DBUSABUS第五章中央处理器【例1】（）第五章中央处理器5.3时序产生器和控制方式时序信号的作用和体制

时序信号是一个类似“作息时间”的东西，它能够使计算机准确、迅速、有条不紊地工作。

【思考】用二进制码表示的指令和数据都放在内存里，那么CPU是怎样识别数据和指令？第五章中央处理器

计算机的协调动作需要时间标志，而时间标志则是用时序信号来体现的。时序信号最基本的体制是电位－脉冲制。硬布线控制器中，时序信号往往采用主状态周期-节拍电位-节拍脉冲三级体制。微程序控制器中，时序信号比较简单，一般采用节拍电位-节拍脉冲二级体制。第五章中央处理器5.3.2时序信号产生器时序信号产生器提供CPU周期(也称机器周期)所需的时序信号。操作控制器利用这些时序信号进行定时，有条不紊地取出一条指令并执行这条指令。微程序控制器中使用的时序