文档介绍：第五章中央处理器
CPU的功能和组成
指令周期
时序产生器
微程序控制器及其设计技术
硬布线控制器、传统CPU的结构
流水CPU、RISC CPU、多媒体CPU等
本章主要讨论:
运算器
控制器
数据通路
与外部的连接
指令的执行过程
CPU组成
CPU工作原理
CPU的功能和组成
指令控制:程序的顺序控制。
操作控制:管理并产生每条指令的操作信号,并把
它们送到相应部件,控制这些部件按要
求进行动作。
时间控制:对各种操作实施时间上的定时。
数据加工:对数据进行算术和逻辑运算处理。
CPU的功能
CPU的基本组成
传统CPU由运算器和控制器组成。
由ALU、AC、DR和PSW组成;是数据加工处理部件;在控制器的指挥下运行。
运算器:
运算器的主要功能:
⃪执行算术运算;
⃪执行逻辑运算,并进行逻辑测试。
定点运算器的结构:
⃪单总线结构的运算器
⃪双总线结构的运算器
⃪三总线结构的运算器
控制器:
组成:PC、指令寄存器(IR) 、指令译码器(ID)、时序产生器和操作控制器;
作用: “决策机构”,协调和指挥整个系统的操作。
功能:(1)取指令,并指出下一条指令的位置。
(2)对指令译码或测试,产生相应操作控
制信号,以启动规定的动作。
(3)指挥并控制CPU、内存和I/O设备之间
数据流动的方向。
组合逻辑控制器原理
控制器组成
微命令
发生器
微命令序列
I/O状态
控制台信息
运行状态
译码
…...
PSW
时序
IR
地址形成
PC
θ
D
寻
来自M
送M或ALU
+1
送M
微命令
发生器
微命令序列
I/O状态
控制台信息
运行状态
译码
…...
PSW
时序
IR
地址形成
PC
θ
D
寻
来自M
送M或ALU
+1
送M
微命令
发生器
功能:
产生全机所需的各种微命令
控制最基本的操作(微操作)的命令
电位型
脉冲型
操作控制器(微命令发生器)分类:
(1)组合逻辑型
常规控制器或硬布线控制器,采用组合逻辑技术实现。
优点:速度快;
缺点:设计、调试、维修困难,难实现设计自动化。
(2)存储逻辑型
微程序控制器,采用存储逻辑来实现,即微操作信号代码化,使得每条指令转化为一段微程序并存入一个专门的存储器中。
微地址
形成电路
IR
PSW
PC
微地址寄存器
µAR
控制存储器
CM
译码器
微命令序列
微命令字段微地址字段
µIR
优点:设计规整、调试、维修以及更改、扩充指令方便,易于设计自动化。
缺点:指令执行速度比组合逻辑型慢。