计算机组成原理基础第5讲 CPU系统

计算机组成原理基础第5讲 CPU系统

考点一：CPU的功能和组成

1. CPU的功能

2. CPU的组成与结构

1. 系统总线

   

2. CPU的内部结构

   

3. CPU中的数据通路

4. CPU中的寄存器

1. 用户可见

   

2. 控制和状态寄存器

   

• PC 程序计数器
  用于存放下一条执行指令的地址
  

• IR 指令寄存器
  用于保存当前正在执行的指令
  

• MDR 存储器，数据寄存器
  暂时存放由主存储器读出的一条指令或一个数据字；
  当向主存写入时也用于暂存
  

• MAR 存储器 地址寄存器
  用于保存当前CPU所访问的主存单元
  

• 程序状态字寄存器
  用于存放程序状态字，表征程序和计算机运行的状态
  

• ACC 累加寄存器
  为ALU暂时保存一个操作数或运算结果
  

• DR 数据缓冲寄存器
  保存从内存读取的数据或将要写道内存的数据
  

• 地址缓冲寄存器
  保存当前CPU所访问的内存单元的地址
  

考点二：CPU数据通路

1. 时序系统

1. 指令周期

   

2. 机器周期

   

3. 节拍

   

2. CPU的控制方式

1. 同步控制方式

   

2. 异步控制方式

   

3. 联合控制方式

   

3. CPU内部的数据通路

1. 取指周期

   

2. 间址周期

   

   

3. 加法周期ADD X

   

4. 存取周期STA X

   

5. 取数周期 LDA X

   

6. 转移周期

   
   

7. 中断周期

   

考点三：CPU设计原理

1. 微程序控制器的原理和设计

1. 微程序控制器的设计思想

   

2. 微程序控制器的设计原理

   

3. 微程序控制器的基本结构

   

4. 微指令的编码方式

   1. 直接编码
      

   2. 字段直接编码
      
      

   3. 字段间接编码
      

   

5. 微指令序列地址的形成方式

   

6. 微程序控制器的工作过程

   
   
   

7. 控制存储器的大小计算

   

8. 水平型微指令和垂直型微指令

   

   

2. 组合逻辑控制器的原理和设计

考点四：指令流水线

1. 指令流水线的基本概念

2. 指令流水线的性能指标

1. 执行时间

   执行n条指令

   每条分为k段

   每段完成时间为t

   用时：\(T_n=kt + (n - 1)t\)

   

2. 吞吐率

   

3. 加速比

   
   

4. 效率

   

   

   

   

3. 影响流水线性能的因素

1. 结构相关
   

   

2. 数据相关

   

   1. 读在写之后RAW

      

      

   2. 写在读之后WAR

      

      

   3. 写在写之后，按严格顺序写入WAW

      

      

      

3. 控制相关

   

   

4. 超流水线技术