计算机组成原理白中英_第6章_中央处理器PPT课件
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•CPU的基本组成
中央处理器由两个主要部 分——控制器和运算器组成。
*2020/8/1
3
•控制器
由程序计数器(PC)、指令寄存器(IR)、指令译 码器、时序产生器和操作控制器组成,它是发布命 令的“决策机构”,即完成协调和指挥整个计算机 系统的操作。
控制器的主要功能有:
1.从内存中取出一条指令,并指出下一条指令在内 存中的位置。
021
030 030
022
021 040
023
000 000
024
140 021
ADD 30 STA 40 NOP
JMP 21
(Ac)+(30)Ac
(Ac)(40)
21→PC
030
000 006
031
040
存和数单元
*2020/8/1
*2020/8/1
9
CPU的功能
(1)指令控制 :程序是指令的有序集合,保证机器 按规定的顺序执行程序。 (2)操作控制:CPU管理并产生由内存取出的每条指 令的操作信号,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,计算 机中各种指令的操作信号均受到时间的严格控制。 (4)数据加工: 对数据进行算术运算和逻辑运算处 理。完成数据的加工处理,这是CPU的根本的任务。
I/O
数据总线DBUS
CPU的功能和组成
• CPU的主要寄存 1.累器加寄存器AC
累加寄存器AC通常简称为累加器,它的功能是:当运算 器的算术逻辑单元(ALU)执行全部算术和逻辑运算时, 为ALU提供一个工作区。累加寄存器是暂时存放ALU运算
的结果信息。显然,运算器中至少要有一个累加寄存器。
2.指令寄存器IR
读主存,读出内容送入指定的寄存器
—分析指令
形 成 下
—按指令规定内容执行指令
一 条
不同指令的操作步骤数
指
和具体操作内容差异很大
令 地
—检查有无中断请求
址
若无,则转入下一条指令的执行过程
*2020/8/1
12
• 指令周期的基本概念
1. 指令周期:CPU每取出并执行一条指令,都要完成一系 列的操作,这一系列操作所需用的时间通常叫做一个指 令周期。
指令寄存器用来保存当前正在执行的一条指令。存放从 内存中取出的指令;其中指令的操作码送到指令译码器, 译码后输出控制信号。
*2020/8/1
7
3. 程序计数器PC
程序计数器中存放的是下一条指令在内存中的地址。 若程序顺序执行:PC PC+1;若程序有跳转: PCPC+偏移地址。
4. 状态条件寄存器PSW
1
第一部分
整体概述
THE FIRST PART OF THE OVERALL OVERVIEW, PLEASE SUMMARIZE THE CONTENT
*
2
6.1 CPU的功能和组成
•什么是CPU?
所谓中央处理器是控制计算机来自动完 成取出指令和执行指令任务的部件。它是计 算机的核心部件,通常简称为CPU。
状态条件寄存器保存由算术指令和逻辑指令运行或测试的结果 建立的各种条件码内容,同时状态条件寄存器还保存中断和系wenku.baidu.com统工作状态等信息,以便使CPU和系统能及时了解机器运行状 态和程序运行状态。因此,状态条件寄存器是一个由各种状态 条件标志拼凑而成的寄存器。
ODITSZ A P C
O 溢出 D 方向 I 中断允许 T 追踪
2. 机器周期:机器周期也称为CPU周期。通常用内存中读 取一个指令字的最短时间来规定CPU周期。指令周期常 常用若干个CPU周期数来表示,
3. 时钟周期:一个CPU周期时间又包含有若干个时钟周期 (通常称为节拍脉冲或T周期,它是处理操作的最基本单 位)。这些时钟周期的总和则规定了一个CPU周期的时 间宽度。
*2020/8/1
10
5.2 指令周期
• 程序的执行过程: 冯.诺依曼结构的计算机执行程序的顺序:
1. 从程序首地址开始。 2. 分步执行每一条指令,并形成下条待执行指令 的地址。 3. 自动地连续执行指令,直到程序的最后一条指 令。
*2020/8/1
11
•指令的执行过程
指令周期
—读取指令
指令地址送入主存地址寄存器
2.对指令进行译码或测试,并产生相应的控制信号。
3.输出相应的控制信号,指挥并控制CPU,内存和 I/O之间的数据流动的方向。
*2020/8/1
4
•运算器
由算术逻辑单位(ALU)、累加寄存器 (AC)、数据缓冲寄存器(DR)和状态条件寄存器 (PSW)组成,它是数据加工处理部件。
相对控制器而言,运算器接受控制器的命令而进 行动作,即运算器所进行的全部操作都是由控制器 发出的控制信号来指挥的,所以它是执行部件。
第六章 中央处理器
• CPU的功能和组成 (掌握)
教学要求
• 指令周期(掌握)
• 课堂上注意听
• 时序产生器和控制方式(理解) 讲、重要的是
• 微程序控制器(掌握) • 微程序设计技术(掌握)
理解
• 课堂外一定要 看书复习或预
• 硬布线控制器(理解)
习、完成作业
• CPU的新技术(理解)
*2020/8/1
*2020/8/1
13
指令周期
T周期
取指令
执行指令
T1
T2
T3
T4
CPU周期 (取指令)
CPU周期 (执行指令 )
指令周期
*2020/8/1
14
指令周期
• 下面以一个简单的程序来具体认识每一条指令的 指令周期和执行过程。
内存地址 020
内存内容 250 000
助记符 CLA
所完成的操作
将累加器的内容请零
S 符号 Z 零
A 辅助进位
P 奇偶
C 进位
*2020/8/1
8
CPU的功能和组成
5. 地址寄存器AR
地址寄存器用来保存当前CPU所访问的内存单元的 地址。由于在内存和CPU之间存在着操作速度上的差别, 所以必须使用地址寄存器来保持地址信息,直到内存的 读/写操作完成为止。 6. 缓冲寄存器DR
缓冲寄存器用来暂时存放由内存储器读出的一条指令 或一个数据字;反之,当向内存存入一条指令或一个数据 字时,也暂时将它们存放在缓冲寄存器中。
运算器的主要功能:
1.执行所有的算术运算。
2.执行所有的逻辑运算,并进行逻辑测试。
*2020/8/1
5
CPU
状态条件寄存器
算术逻辑单元
ALU
程序计数器PC
累加器AC
c
取指 控制
操作控制器
时序产生器
执行 控制
时钟
状态 反馈
c
指令译码器
c
地址寄存器AR
c
缓冲寄存器DR
c
指令寄存器IR
地址总线ABUS
存储器
中央处理器由两个主要部 分——控制器和运算器组成。
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•控制器
由程序计数器(PC)、指令寄存器(IR)、指令译 码器、时序产生器和操作控制器组成,它是发布命 令的“决策机构”,即完成协调和指挥整个计算机 系统的操作。
控制器的主要功能有:
1.从内存中取出一条指令,并指出下一条指令在内 存中的位置。
021
030 030
022
021 040
023
000 000
024
140 021
ADD 30 STA 40 NOP
JMP 21
(Ac)+(30)Ac
(Ac)(40)
21→PC
030
000 006
031
040
存和数单元
*2020/8/1
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CPU的功能
(1)指令控制 :程序是指令的有序集合,保证机器 按规定的顺序执行程序。 (2)操作控制:CPU管理并产生由内存取出的每条指 令的操作信号,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,计算 机中各种指令的操作信号均受到时间的严格控制。 (4)数据加工: 对数据进行算术运算和逻辑运算处 理。完成数据的加工处理,这是CPU的根本的任务。
I/O
数据总线DBUS
CPU的功能和组成
• CPU的主要寄存 1.累器加寄存器AC
累加寄存器AC通常简称为累加器,它的功能是:当运算 器的算术逻辑单元(ALU)执行全部算术和逻辑运算时, 为ALU提供一个工作区。累加寄存器是暂时存放ALU运算
的结果信息。显然,运算器中至少要有一个累加寄存器。
2.指令寄存器IR
读主存,读出内容送入指定的寄存器
—分析指令
形 成 下
—按指令规定内容执行指令
一 条
不同指令的操作步骤数
指
和具体操作内容差异很大
令 地
—检查有无中断请求
址
若无,则转入下一条指令的执行过程
*2020/8/1
12
• 指令周期的基本概念
1. 指令周期:CPU每取出并执行一条指令,都要完成一系 列的操作,这一系列操作所需用的时间通常叫做一个指 令周期。
指令寄存器用来保存当前正在执行的一条指令。存放从 内存中取出的指令;其中指令的操作码送到指令译码器, 译码后输出控制信号。
*2020/8/1
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3. 程序计数器PC
程序计数器中存放的是下一条指令在内存中的地址。 若程序顺序执行:PC PC+1;若程序有跳转: PCPC+偏移地址。
4. 状态条件寄存器PSW
1
第一部分
整体概述
THE FIRST PART OF THE OVERALL OVERVIEW, PLEASE SUMMARIZE THE CONTENT
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6.1 CPU的功能和组成
•什么是CPU?
所谓中央处理器是控制计算机来自动完 成取出指令和执行指令任务的部件。它是计 算机的核心部件,通常简称为CPU。
状态条件寄存器保存由算术指令和逻辑指令运行或测试的结果 建立的各种条件码内容,同时状态条件寄存器还保存中断和系wenku.baidu.com统工作状态等信息,以便使CPU和系统能及时了解机器运行状 态和程序运行状态。因此,状态条件寄存器是一个由各种状态 条件标志拼凑而成的寄存器。
ODITSZ A P C
O 溢出 D 方向 I 中断允许 T 追踪
2. 机器周期:机器周期也称为CPU周期。通常用内存中读 取一个指令字的最短时间来规定CPU周期。指令周期常 常用若干个CPU周期数来表示,
3. 时钟周期:一个CPU周期时间又包含有若干个时钟周期 (通常称为节拍脉冲或T周期,它是处理操作的最基本单 位)。这些时钟周期的总和则规定了一个CPU周期的时 间宽度。
*2020/8/1
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5.2 指令周期
• 程序的执行过程: 冯.诺依曼结构的计算机执行程序的顺序:
1. 从程序首地址开始。 2. 分步执行每一条指令,并形成下条待执行指令 的地址。 3. 自动地连续执行指令,直到程序的最后一条指 令。
*2020/8/1
11
•指令的执行过程
指令周期
—读取指令
指令地址送入主存地址寄存器
2.对指令进行译码或测试,并产生相应的控制信号。
3.输出相应的控制信号,指挥并控制CPU,内存和 I/O之间的数据流动的方向。
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•运算器
由算术逻辑单位(ALU)、累加寄存器 (AC)、数据缓冲寄存器(DR)和状态条件寄存器 (PSW)组成,它是数据加工处理部件。
相对控制器而言,运算器接受控制器的命令而进 行动作,即运算器所进行的全部操作都是由控制器 发出的控制信号来指挥的,所以它是执行部件。
第六章 中央处理器
• CPU的功能和组成 (掌握)
教学要求
• 指令周期(掌握)
• 课堂上注意听
• 时序产生器和控制方式(理解) 讲、重要的是
• 微程序控制器(掌握) • 微程序设计技术(掌握)
理解
• 课堂外一定要 看书复习或预
• 硬布线控制器(理解)
习、完成作业
• CPU的新技术(理解)
*2020/8/1
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指令周期
T周期
取指令
执行指令
T1
T2
T3
T4
CPU周期 (取指令)
CPU周期 (执行指令 )
指令周期
*2020/8/1
14
指令周期
• 下面以一个简单的程序来具体认识每一条指令的 指令周期和执行过程。
内存地址 020
内存内容 250 000
助记符 CLA
所完成的操作
将累加器的内容请零
S 符号 Z 零
A 辅助进位
P 奇偶
C 进位
*2020/8/1
8
CPU的功能和组成
5. 地址寄存器AR
地址寄存器用来保存当前CPU所访问的内存单元的 地址。由于在内存和CPU之间存在着操作速度上的差别, 所以必须使用地址寄存器来保持地址信息,直到内存的 读/写操作完成为止。 6. 缓冲寄存器DR
缓冲寄存器用来暂时存放由内存储器读出的一条指令 或一个数据字;反之,当向内存存入一条指令或一个数据 字时,也暂时将它们存放在缓冲寄存器中。
运算器的主要功能:
1.执行所有的算术运算。
2.执行所有的逻辑运算,并进行逻辑测试。
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5
CPU
状态条件寄存器
算术逻辑单元
ALU
程序计数器PC
累加器AC
c
取指 控制
操作控制器
时序产生器
执行 控制
时钟
状态 反馈
c
指令译码器
c
地址寄存器AR
c
缓冲寄存器DR
c
指令寄存器IR
地址总线ABUS
存储器