计算机组成原理--中央处理器CPU2.ppt

1、1,5.2指令周期和时序发生器,一、指令周期 1.指令周期的基本概念 (1)什么是指令周期？ (2)为何指令周期不能做时序的控制单位？,2,(3)指令周期的分段 为了方便进行时序控制，一般将指令周期分成若干个(不同CPU可能有不同分法)相对独立的操作阶段，每个阶段称一个CPU周期或主状态周期或机器周期； 其名称以功能命名 根据不同CPU的指令系统的复杂程度不同，可以对指令周期有不同的阶段划分： 一种分法： 取指周期、间址周期、取操作数周期、执行周期 一种分法：取指周期、执行周期、中断周期 一种分法：取指周期、执行周期 一种分法：取指周期、取源操作数周期、取目的操作数周期、执行周期。,3,(4)

2、节拍电位 为了描述一个机器周期(CPU周期)中各个信号相互配合的情况，引入了节拍电位的概念。在CPU周期周期中有若干个节拍电位，节拍电位具有一定的时间宽度；,4,(5)节拍脉冲 每个节拍电位中包含若干个节拍脉冲，这些节拍脉冲能够改变标志状态，同步节拍电位的转换;如果没有节拍脉冲，则无法在不同电位之间进行转换，也无法知道什么时候取指周期开始、结束，什么时候可以打开三态门，下图演示了节拍脉冲、节拍电位、CPU周期的一个简单的关系。,5,6,2.指令周期举例 这里用2条指令的执行来理解指令周期的概念，以便更好理解指令在计算机中的执行过程。 (注：这是一个非Intel芯片) 一条指令是CLA:(CLe

3、ar AC)即清除AC累加器(实质是一个寄存器)的值； 例如：执行CLA后， AC累加器为0； 另一条指令是ADD指令，是一个一地址指令，另外一个操作数默认为AC累加器。 例如：执行 ADD 12 表示将内存12单元的数据与AC累加器的内容相加，结果放在AC累加器中；,7,先看该CPU的简化结构：,8,1)CLA指令的指令周期 CLA指令是一个非访内指令，在该CPU的设计中，它只需要2个CPU周期便可以完成其指令周期：取指令周期和执行指令周期； 取指令周期要做的三件事； 执行指令周期是从指令在指令寄存器IR后直到该指令被执行完毕。,9,最初开始执行前程序的起始地址120 （8进制）取指令时，P

4、C寄存器的内容120送入AR(Address Register,地址寄存器)， PC寄存器加1， AR的内容120(001010000)经过地址译码后，找到AR所指定的单元，该单元的内容(指令CLA的指令码，二进制)通过数据线送到DR(data register,数据寄存器)，DR的内容通过数据总线送到IR;,10,以上是取指令周期，执行周期随即开始，指令译码器将CLA的指令码送给操作控制器，在时序产生器的作用下，操作控制器产生微命令，让ALU指挥AC清0； 看下图演示。,11,12,2) ADD指令的指令周期 CLA指令是一个访内指令，在该CPU的设计中，它需要3个CPU周期便可以完成其指令周期：取指令周期、取操作数周期和执行指令周期；,13,ADD 130 表示 (AC) = (AC)+(130) 即内存130单元的数据与累加器AC相加后结果放在累加器AC，当指令ADD 130被送入IR寄存器后，为完成加法还需要把内存130单元的数据送入数据寄存器，所以还要去取一次数据。完整操作如下图：,14,15,注：CPU执行一条