文档介绍：第第66章章中央处理器中央处理器
中央处理器的功能和组成中央处理器的功能和组成
• 1. 中央处理器的功能
•中央处理器简称CPU,它具有如下四方面的功
能:
•(1)程序的顺序控制。
•(2)操作控制产生取出并执行指令的微操作
信号,并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。
•(3)时间控制对各种操作实施时间上的控制。
•(4)数据加工对数据进行算术运算和逻辑运
算处理。
• 2. 中央处理器的组成
•中央处理器由控制器、运算器和总线组
成。
•(1)控制器
•控制器是全机的指挥中心,其基本功能
就是执行指令。
•控制器由程序计数器PC、指令寄存器IR、
地址寄存器(AR)、数据寄存器(DR)、指
令译码器、时序系统和微操作信号发生
器组成。
•①程序计数器PC
•用以指出下条指令在主存中的存放地址,
CPU根据PC的内容去主存取得指令。因
程序中指令是顺序执行的,所以PC有自
增功能。
•②指令寄存器(IR): 用来保存当前正在
执行的一条指令的代码。
•③地址寄存器(AR): 用来存放当前CPU
访问内存单元的地址。
•④数据寄存器(DR): 用来暂存由内存储
器中读出或写如入内存的指令或数据。
•⑤指令译码器: 分别对操作码字段、寻
址方式字段、地址码字段进行译码,向
控制器提供操作的特定信号。
•⑥时序部件: 用来产生各种时序信号,
时序信号可分为CPU周期信号、节拍周
期信号和节拍脉冲信号,它们都是由统
一时钟CLOCK分频得到。
•⑦微操作形成部件: 根据IR的内容(指令)、
PSW的内容(状态信息)以及时序线路三
方面的内容,产生控制整个计算机系统
所需的各种控制信号。其结构有组合逻
辑型和存储逻辑型。
•(2)运算器
•运算器由算术逻辑单元(ALU)、通用寄存器、
程序状态字寄存器、数据暂存器、移位器等组
成。它接收从控制器送来的命令并执行响应的
动作,负责对数据的加工和处理。
•各组成部件的作用是:
· ①算术逻辑单元(ALU): 用以进行双操作数的
算术逻辑运算。
· ②通用寄存器组: 用来存放操作数(包括源操作
数、目的操作数及中间结果)和各种地址信息等。
•③暂存器: 用来暂存从主存储器读出的数据,
这个数据是不能存放在通用寄存器中,否则会
破坏其原有的内容。
· ④程序状态字寄存器(PSW) :保留由算术
逻辑运算指令或测试指令的结果建立的
各种状态信息。
· ⑤移位器:在ALU输出端设暂存器用来
存放运算结果,它具有对运算结果进行
移位运算的功能。
•(3)总线与数据通路结构
•①内部总线
• CPU内部连节各寄存器的总线。
· ②系统总线
•系统总线是CPU与主存储器MM、外部设备接
口相联的总线,它包括地址总线、数据总线和
控制总线。
• CPU向地址总线提供访问主存单元或I/O接口
的地址。
• CPU向数据总线发送或接收数据,以完成与
主存单元或I/O接口之间的数据传送,主存M
和I/O设备之间也可以通过数据总线传送数据。
• CPU通过控制总线向主存或I/0设备发出有关
控制信号,或接收控制信号;I/O没备也可以
向控制总线发出控制信号。
指令的执行指令的执行
•
•(1)取指周期
•取指周期要解决两个问题:一是CPU到
哪个存储单元去取指令;二是如何形成
后继指令地址。
•指令地址由PC给出,取出指令后PC内容
递增;当出现转移情况时,指令地址在
执行周期被修改。
•(2)取操作数周期
•取操作数周期要解决的问题是,计算操作数地
址并取出操作数。
•操作数有效地址的形成由寻址方式确定。寻址
方式不同,有效地址获得的方式、过程不同,
提供操作数的途径也不同。因此,取操作数周
期所进行的操作对不同的寻址方式是不相同的。
•(3)执行周期
•执行周期的主要任务是完成由指令操作码规
定的动作,包括传送结果及记录状态信息。操
作结果送到什么地方由寻址方式确定;状态信
息,主要是条件码,记录在PSW中。若程序出
现转移时,则在执行周期内还要决定转移地址。
因此,执行周期的操作对不同指令也不相同。