胡老师第十二周讲义

5.1CPU的功能和组成

5.1.1CPU的基本功能

• 指令控制：保证机器按顺序执行程序
• 操作控制：把指令的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。
• 时间控制：保证指令的各种操作信号按照严格的时序关系
  送往相应的部件， 使计算机有条不紊的按序工作。
• 数据加工：数据加工就是对数据进行算术运算和逻辑运算
  处理，这是CPU的基本功能。

控制器的组成：

程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序产生器和操作控制器

功能：

1)从内存中取出指令，并指出下一条指令在内存中的位置。
2)对指令进行译码并产生相应的控制信号启动规定的动作。
3)控制CPU与内存或CPU与输入/输出设备之间数据传递。

运算器

组成部分：算术逻辑单元(ALU)、通用寄存器、数据缓
冲寄存器和状态寄存器。

功能部分：

1）执行所有的算术运算。
2）执行所有的逻辑运算

CPU当中有很多的控制器和时序产生器

在CPU中又很多的寄存器，信息从什么地方开始，中间经过了什么寄存器

5.2CPU指令周期

5.2.1CPU的指令执行

每次取完指令就执行指令，执行完指令即可开始取下一个指令。

5.2.2CPU的指令周期概念

时钟周期：时钟周期是CPU的基本事件计量单位，他是CPU的一系列操作的计时标准和基本控制信号，它由计算机的主频决定。

CPU的主频频率越高，那么CPU的周期越快，CPU执行操作的速度也就越快。

CPU的机器周期（CPU周期）

机器周期：CPU通过总线从内存读取一个机器字的时间称为一个CPU周期，一般需要4个时钟周期，分别称为T1、T2、T3、T4状态。

ti给地址 2控制

CPU的指令周期

非访存指令的周期：一般都是两个机器周期

访存指令周期：一般至少三个机器周期

MOV指令的指令周期

1. PC永远是下一条指令的初始地址

   如果是有操作系统：那么pc的初始值就是有操作系统默认提供的

   如果是单片机没有os：那么pc的初始值就是0。

2. 把指令从M到IR

3. 把

运算器的直送功能（mov指令）

ir到alu

alu到dr

dr到r0

LAD指令的指令周期

1. 取指令
2. 执行指令
3. 执行指令

数据通路----》IR到AR ar到rom ROM到dr dr到r0

ADD指令的指令周期

1. 把pc寄存器中的103指令送到指令地址总线
2. 把指令送到IR
3. pc+1
4. 指令寄存器的操作码送指令译码器被译码测试

STO指令执行周期

三个机器周期

1. 取指令
2. 执行指令
3. 执行指令

JMP指令的指令周期

直接把目标指令放到pc指示器里面。

5.2.3使用方框图语言来表示指令周期

• 菱形表示判别或测试，不过他时间上紧紧依附在前面一个方框的CPU周期
• ～符号是公操作符号，表示一条指令已经执行完毕而转入公操作

取值周期，简直周期，执行周期，中短周期

计算机组成原理（重点）

数据缓冲寄存器：DR

1. PC到AR， PC+1；

2. M到DR，DR到IR 指令译码器

3. R1送到x

4. R2送到AR

5. 从M到DR dr送到Y

6. xy送到alu完成运算送到r1

7. ~（公操作）

   

C：AR 地址寄存器

A：DR 数据缓冲寄存器

B：IR 指令寄存器

D：PC 程序计数器

pc到ar， pc+1 到abus

rom到dr

ir到译码器。

5.3时序产生器

一个机器周期包含了斯福尔时钟周期

5.4微程序控制器

微操作

可以在同一个CPU周期内执行的称为相容性微操作，反之称为相斥性微操作

微命令

在机器的一个CPU周期中，一组实现一定操作功能的微命令的组合，构成一条微指令

微指令和平时学的命令格式不一样，操作控制字段的某一位的信息为“ 1”时，表示发出微命令，为“ 0”时，表示不发出微命令。

如图所示的命令是没有顺序关系的，

但是通过时序产生器和微指令的逻辑控制器与运算，即可得到有时序的命令行。

一条微指令只能拥有一个指令周期，一条微指令解释不了一个机器指令，

微程序

一个微程序对应多个微指令，一个微程序对应一个机器指令，

微程序控制器

把微程序需要的信号都存到高速只读存储器里面，直接执行只读存储器里面的微程序可以加速执行。

微指令的操作控制部分和顺序控制部分

微指令的操作控制部分给出微命令

顺序控制部分给出下一个指令在存储器中的地址；

微指令在存储器中的存储方式类似于数据结构里面的链表，在空间上并不连续，而是使用一种“分叉的链表”来存储微指令。它使用P测试字段和后续直接地址实现

P字段全为零不需要改。