中央处理器PPT课件

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(1) 指令部件 指令部件的作用是完成取指令和指
令译码的操作。
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包括程序计数器、指令寄存器、指 令译码器及地址形成部件。
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* 程序计数器PC 程序计数器（Programming Counter,
简称PC）又称为指令计数器，其作用是 存储程序或指令的地址。
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当程序开始执行时，PC中存放的是
执行指令。
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CPU还具有诸如：程序的输入、运算结果 的输出、总线的控制、系统的中断的控 制以及计算机的异常工作状况的处理等 其它功能。
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2、工作过程： 对于一台冯·诺曼结构的计算机的
工作过程是：将计算机的程序存储在计 算机主存中。
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CPU将主存中的程序或命令逐条按序
取出，依据取出的程序或命令包含的信
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* 指令寄存器IR 指令寄存器（Instruction
Register, 简称IR）用于保存当前正在 执行的指令。
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* 指令译码器ID 指令译码器（Instruction Decoder,
简 称ID）又称操作码译码器，是对指 令寄存器的指令进行解析的部件。
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* 地址形成部件 地址形成部件的作用是根据指令的
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时序信号由时序控制器产生，一般
包括脉冲源、启停控制逻辑部件和节拍
信号发生器等部件组成。
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脉冲源的作用是产生具有一定频率
和脉宽的时钟信号，为整个计算机系统
提供基准时钟信号。
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启停控制逻辑部件的作用是：根据
计算机的需要，正确的控制时序部件的
各种信号的发生和停止，保证计算机各
部件有序的运行。
息内容完成特定的工作。
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计算机工作过程实际上就是其CPU周 而复始的取指令、分析指令和执行指令 的过程。
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计算机开机时开始运行时的第一条
指令从何处开始，一般是系统事先设定
的。
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CPU分析指令包括两部分内容：
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一是分析指令要完成什么操作，即 这条指令要CPU发出的是什么操作命令；
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节拍信号发生器又称为时钟脉冲分
配器。其作用是产生一系列能满足CPU内
部各部件需要的节拍时序信号，控制CPU
内各部件完成每一步微操作。
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(3) 微操作控制部件 部件间的数据通信、通道的选通、
指令译码所确定的对应系统各部件的微 操作，都由微操作控制部件来完成。
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微操作控制部件的任务是：在CPU时
运行程序的第一条指令的地址。
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通过PC每取一条指令后，控制器中 的地址形成部件会自动修改PC的内容， 以保持PC内存储的是将要执行的下条指 令的地址。
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* 一般CPU采用的是按序执行程序的， 所以PC在每次取出一条指令后总是通过 加“1”来指向后一条要执行的指令地址 的。
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* 当CPU执行转移指令时，执行的下一 条的指令的地址将由转移指令决定，由 转移指令将目标地址送到PC中，实现程 序的转移。
不同寻址方式形成操作数或下一条执行 指令的有效地址。
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在个人PC和小型计算机中，一般不
设专门的地址形成部件，地址的形成一
般用运算器加上地址偏移量得到。
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(2) 时序部件 计算机的运行是按节拍进行的，这
个节拍就是时序。
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计算机各功能部件都必须严格的按 时序信号进行操作。
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时序信号是协调各部件工作的同步 信号。
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二是分析出参与操作制部件来完 成。
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执行指令就是：通过对指令的分析，得 出指令对CPU的操作命令和操作数或操作 数的目标地址的要求。
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由CPU的控制部件形成一组控制信号
系列，执行这条指令。
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5.1.2 CPU的组成
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CPU中设置的其它部件可以认为是完 全为控制器实现CPU所需功能而设置的。
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目前主要采用组合逻辑电路和微程
序来构成控制器。
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由组合逻辑电路设计产生的控制器
称为组合逻辑控制器，也称为硬布线控
制器，是早期CPU的控制器采用的设计方
法。
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采用组合逻辑设计的控制器的最大 优点是执行速度快，能实现高速运算。
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中断源寄存器内存储的是外设的中 断标记，即什么设备中断和是否中断；
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但这种控制器也有缺点，就是在控
制器一旦设计好后，其控制功能无法改
变。
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微程序设计法采用程序设计思想来 组织操作控制逻辑。
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将计算机中的每条指令的执行过程，
变换成去执行一段存放在只读存储器中
的微命令或微程序的过程。
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这种采用微程序对程序指令的分解
执行方法，因其设计思想简单，设计过
程容易，已广泛应用于控制器的设计。
* 运算部件；
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* 地址的寄存器；
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* 指令寄存器；
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* 译码部件；
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* 控制部件CU；
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* 中断控制部件
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常将CPU分成控制器、运算器二个功 能模块。见图5-1。
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1. 控制器 控制器是计算机的控制机构，用于
协调和指挥整个计算机系统的运作。
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控制器的基本功能实际上就是CPU的 基本功能。
序部件产生的时序脉冲的控制下，正确
的建立数据通道，根据指令操作码的内
容，完成各种指定的操作控制。
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对于不同的指令，操作码不同，微 操作控制部件产生的操作自然就不同。
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(4) 中断控制部件 设置中断控制逻辑部件的目的是为
了解决CPU使用优先权问题。
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中断控制部件主要包括中断源寄存 器、中断屏蔽寄存器、中断排队线路以 及中断服务程序首地址产生部件等。
控制器的工作原理，RISC技术和CISC技
术，先进的流水技术。
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5.1 CPU的功能和组成 5.2 处理器的工作过程 5.3 流水结构 5.4 流水线的加速技术 5.5 处理器的指令执行方式
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5.1 CPU的功能和组成
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5.1.1 CPU的功能 1、CPU的功能： CPU的基本功能是：取指令、分析指令和
中央处理器
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整体概述
概述一
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概述二
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概述三
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中 央 处 理 器 （ Central Processing
Unit , 简称CPU ）是计算机系统的核心
部件。
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主要由运算器、控制器、寄存器几 部分组成。
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本章将重点介绍CPU的功能和组成，