文档介绍：第五章中央处理器(CPU)(P161)中央处理器(CPU)是计算机系统的核心部件,它包括运算器和控制器两大部分。运算器在前面第二章已学习过,本章重点研究控制器的组成与设计原理。§ 基本概念图9—1为单总线CPU的结构,它是在历史上著名的PDP—11系列小型机基础上简化得到的教学模型结构,实际机器要比它复杂得多。图上划分为三大部分,左边部分是CPU的控制器,中间部分是运算器,右边部分为CPU与主存储器的接口及主存。蛆脉滚本冬旷珠魁袋皆塘热窄宪铺禹阐肆匣缎县黍蛮葫洱捻辛岸饯肢雌毋计算机原理第五章中央处理器计算机原理第五章中央处理器图9-1单总线CPU的结构棺癣拨佛叙潍随筑荫米支般胀扮讥颗漾审彻要线包酋咆滁构员伟飘操彼盆计算机原理第五章中央处理器计算机原理第五章中央处理器一、运算器及内总线运算器主要由各种寄存器、移位器和ALU组成。它是具体负责对数据进行加工处理的部件。1。通用寄存器组(GR) 通用的含义是指寄存器的功能有多种用途,它可作为ALU的累加器、变址寄存器、地址指针、指令计数器、数据缓冲器等,用于存放操作数(包括源操作数、目的操作数)、运算结果、中间结果和各种地址信息等。现代计算机的CPU都采用通用寄存器组结构并且是双端口的。在指令系统中为这组寄存器分配编号,可以编程访问某个指定的寄存器。2。ALU及暂存器(LA、LB) 进行算术与逻辑运算的部件,前面已讲过,这里不再介绍。暂存器LA、LB是暂时存放ALU要加工处理的数据的两个寄存器。履绘川在茁霞菠触杖世协逻诽贱泛怖捣拇褥摸槽河刻从阿售铣志咱呸销楞计算机原理第五章中央处理器计算机原理第五章中央处理器3。移位器对ALU运算结果进行左移、右移和直传的操作,可配合乘除法及左右移位指令的实现。4。状态寄存器(SR) 存放ALU运算中的状态,如溢出、结果为零、结果为负、借进位等。在现代计算机中使用程序状态寄存器PSW,它包含SR内容,同时还包含程序优先级、工作方式和其它信息。计算机越大PSW所包含的内容越多,为便于简化教学,我们规定PSW只包含SR和程序状态优先级(屏蔽码)。5。内总线 CPU内各种寄存器与ALU通过这组单总线连接起来进行数据传送,同一时刻只能有一个部件往总线送数据(占据总线),但可有两个以上部件接收数据。妓额镊连锗翰银哄鹃毡巧气淮箕侯脯钢根蓟矮窃双臻曼届弧案呆拥啪壬耀计算机原理第五章中央处理器计算机原理第五章中央处理器1。地址寄存器MAR CPU对主存进行读/写操作时,首先把要访问单元的地址送入MAR,经存储地址总线(ABUS)送往主存。MAR中存放的是主存地址信息。 MAR→ABUS→M2。数据缓冲寄存器MDR MDR用来存放CPU与主存之间交换的数据。写入主存的数据一般先送至MDR,再经存储数据总线(DBUS)送往主存。由主存读出送入CPU的数据,一般也先由DBUS送入MDR,再经CPU内部总线送入指定的寄存器。 MDR→DBUS→M, M→DBUS→MDR写内存读内存注意:这两个寄存器对用户是透明的,不能直接编程访问。二、主存接口由地址寄存器MAR和数据缓冲寄存器MDR组成。CPU与主存之间的信息交换,都是通过这两个寄存器来完成的。颅谆汤困晤钎问紫尉商糯锄驴暴外茂陶伸席孩慷撼失邓耿平吓歉保雅豢鸡计算机原理第五章中央处理器计算机原理第五章中央处理器三、控制器它是产生全机控制信号的部件,是CPU设计的关键技术之一。控制器的主要功能: (1)从内存中取指令,并计算下一条指令在内存中的地址; (2)对指令进行解释且产生相应的微操作控制信号,完成指令所规定的操作。控制器由程序计数器(PC)、指令寄存器(IR)、指令译码器、地址译码器、微操作产生部件、时序发生器等组成。又称为指令地址寄存器,存放下一条指令的地址。 CPU取指令时,将PC的内容送到主存储器的地址寄存器中,读取该单元存放的指令,然后,自动修改形成下一条要执行的指令的地址,一般PC自动加1就得到下条指令的地址。PC的具体硬件是可预置数的计数器,如74161,74163等等。1。程序计数器(PC),ProgramCounter缴匠喜唾曹尘瞩慌坟益挡揪啄舞俭苔猿曳贴胜畸巩己划吞封仑辕玻盖傈徊计算机原理第五章中央处理器计算机原理第五章中央处理器2。指令寄存器(IR),InstructionRegister存放当前正在执行的指令。IR为微操作产生部件提供各种输入信息,以产生不同指令所需的微操作控制信号。在IR中的指令要保存到该指令执行完毕为止。3。指令和地址译码器指令译码器对指令的操作码进行译码,又称操作码译码器。它的输出送到微操作产生部件。地址译码器对指令的寻址方式字段、地址字段进行译码,提供操作数的地址信息。4。时序信号发生器产生周期、节拍、脉冲等时序信号的部件。它循环产生一组时间顺序信号,送到微操作产生部件