文档介绍：第2章计算机系统的硬件
计算机导论
( 第2版)
第2章计算机系统的硬件
中央处理器(CPU)
主存储器
辅存储器
输入/输出系统
计算机的整机结构
计算机的系统结构
中央处理器(CPU) (P43)
中央处理器(CPU)
运算器
控制器
引言: ·中央处理器由运算器及控制器组成
·在微型计算机中,中央处理器称为微处理器
(1)实现数据运算:对数据进行算术运算和逻辑运算
(2)实现取指令、分析指令及执行指令操作的控制
(3)实现异常处理及中断处理:如电源故障、运算
溢出错误等处理,外部设备的服务请求处理。
运算器 P43
(1) 运算器的组成如右图
图中:
ALU:算术逻辑单元,由
加法器、逻辑运算电路
组成,实现算术及逻辑
运算。
R1~R4:4个通用寄存器,
可存放4个n位数据
M1~M3: 3个多路选择器, 可从多个输入端中选择一 个作为输出。
FR: 标志寄存器,用来寄存 由运算结果所建立的标 志。常用的标志有:
·进位标志位(CF)
·零标志位(ZF)
·符号标志位(SF)
·溢出标志位(OF)
·奇偶标志位(PF)
这些标志可用作控制程序走向的条件。
C7~C23:微操作控制信号。
(2) 运算器的工作原理
以两种操作为例,说明运算器的工作原理。
(1)传送操作:MOV R2 RI ;R2 ←(R1)
为实现该操作,控制器将通过控制总线(CBUS)发出下列控制信号:
·C15,使R1中的数据通过M2到A
·C20,使A端输入的数据不经任何处理从ALU输出。
·C23,使R1的各位数据直送到数据总线DBUS的对应位数据线上。
·C8,将数据总线DBUS上数据打入R2寄存器
(2)加法操作:ADD R2 R1; R2←(R1)+(R2)
·C15,使R1中的数据通过MUX2到A
·C7,使R2中的数据通过MUX1到B
·C21,在ALU中实现A+B,即S=R1+R2,
·C22,使和S直送到DBUS
·C8,将DBUS上数据打入R2
(3)结论
运算器提供了各种“数据通路”在不同控制信号序列的控制下,使数据从“源地址”出发,途径不同“通路”,到达“目标地址”,便可完成对数据的“加工”,即实现了对数据的运算。
控制器的组成及工作原理
控制器的主要功能是实现取指令、分析指令和执行指令,并形成下一条指令地址。为此,控制器至少由下列部件所组成:
程序计数器(PC)
指令寄存器(IR)
指令译码器(ID)
时序部件(TU)
操作控制部件(MOCU)
控制器 P45
(1)程序计数器(PC)
用来存放指令地址。通常,指令按顺序执行,每执行完一条指令,程序计数器就自动加1(记为PC←PC+1)。当执行转移指令时,转移后的指令地址将被强制置入PC。
(2)指令寄存器(IR)
用来存放从存储器取出的指令。其格式如下:
操作码地址码
设IR为16位,其中操作码占5位,则可编码的指令种类最多为25 = 32种,剩下11位为地址码,其寻址范围为 211 = 2K。
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