第四章 通用处理器汇总
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寄存器 ▪ 执行：使数据在ALU中移动 ▪ 存储结果：将数据路径寄存器中运算结果返回到
Memory
控制单元
Control unit
Processor
Controller
Control /Status
Datapath ALU
Registers
PC
IR
R0
R1
100 load R0, M[500]
101
501 ...
控制单元中的子操作
❖ 存储结果
▪ 将数据路径寄存器 中运算结果返回到 Memory
▪ 这个子操作中的这 条指令的作用不太 明显
Processor Control unit
Controller
Control /Status
Datapath ALU
Registers
PC 100
IR load R0, M[500]
inc R1, R0
102 store M[501], R1
I/O
...
Memory
500 10
501 ...
控制单元中的子操作
❖ 取指令
▪ 将下一条指令传到 IR中
▪ 程序计数器PC， 总是指向下一条指 令
▪ IR：保存取到的 指令
Processor Control unit
Controller
Datapath ALU
+1
Registers
PC
IR
10 11
I/O
...
Memory
10
.1.1.
控制单元
❖ 控制单元：为数据路径配置合适的操作
▪ 目标操作（指令）的运行时序以程序的形式存储在 Memory中
❖ 指令周期：可将指令周期分解成很多个子操作， 也可使每个子操作对应一个时钟周期
▪ 取指令：将下一条指令传到IR中 ▪ 解码：解析指令蕴含的意义 ▪ 取操作数：将Memory中的数据传输到数据路径中的
I/O
...
Memory 500 10
501 ...
控制单元中的子操作
❖ 取操作数
▪ 将Memory中的数 据传输到数据路径 的寄存器中
Processor Control unit
Controller
Control /Status
Datapath ALU
Registers
PC 100
IR load R0, M[500]
数据路径
❖ 加载数据
▪ 将存储单元的值读 入数据路径内的寄 存器中
❖ ALU的运算
▪ 将特定寄存器的值 传到ALU中，再将 经计算后得到的值 返回到寄存器中
❖ 存储数据
▪ 将ALU寄存器中的 读入存储单元
Processor Control unit
Controller
Control /Status
10
R0
R1
100 load R0, M[500] 101 inc R1, R0 102 store M[501], R1
I/O
...
Memory 500 10
501 ...
控制单元中的子操作
❖ 执行
▪ 使数据在ALU中移 动
▪ 这个子操作中的这 条指令的作用不太 明显
Processor Control unit
❖ 解码
▪ 解析指令的意义
Processor Control unit
Controller
Control /Status
Datapath ALU
Registers
PC 100
IR load R0, M[500]
R0
R1
100 load R0, M[500] 101 inc R1, R0 102 store M[501], R1
基本结构
❖ 控制单元和数据路 径
▪ 单用途处理器的相 似点
❖ 不同点
▪ 通用的数据路径 ▪ 控制单元中不存储
算法，算法程序通 常都是存储在存储 器中
Processor Control unit
Controller
Control /Status
Datapath ALU
Registers
PC
IR
I/O Memory
Motorola半导体生产的68HC05单片机仅96年一年 就卖出5亿个。 ▪ 若规划付出较高的NRE成本，则将谨慎设计，以求获得
性能更好，面积更小，功耗更低的产品 ▪ 嵌入式系统设计者负担的NRE成本更低，设计的上市时
间更短，灵活性更高
▪ 通常说微处理器，“微”是指处理器被用于单片或几个 片上的情况。
R0 10 R1
100 load R0, M[500] 101 inc R1, R0 102 store M[501], R1
I/O
...
Memory 500 10
501 ...
指令周期
PC=10
0 Fetch DecodeFetch Exec. Store
ops
result
clk
s
Processor Control unit
501 ...
指令周期
PC=10
0 Fetch DecodeFetch Exec. Store
ops
result
clk
s
PC=10
1 Fetch DecodeFetch Exec. Store
ops
result
Controller
Control /Status
Datapath ALU
Registers
PC 100
IR load R0, M[500]
R0 10 R1
100 load R0, M[500] 101 inc R1, R0 102 store M[501], R1
I/O
...
Memory 500 10
Control /Status
Datapath ALU
Registers
PC 100
IR load R0, M[500]
R0
R1
100 load R0, M[500] 101 inc R1, R0 102 store M[501], R1
I/O
...
Memory 500 10
501 ...
控制单元中的子操作
嵌入式系统设计：软硬件统一 第四章 通用处理器：软件
概述
1
什么是通用处理器？
2 通用处理器的基本结构
3 通用处理器中的运算
4 从程序员的角度来看通用处理器
5 通用处理器的开发环境
6 ASIP 7 设计通用处理器
通用处理器简介
❖ 通用处理器
▪ 可执行多种计算任务的处理器 ▪ 低廉的单位成本：通过生产大量的成品来分散NRE成本
Controller
来自百度文库
Control /Status
Datapath ALU
Registers
PC 100
IR load R0, M[500]
10
R0 R1
100 load R0, M[500] 101 inc R1, R0 102 store M[501], R1
I/O
...
Memory 500 10
Memory
控制单元
Control unit
Processor
Controller
Control /Status
Datapath ALU
Registers
PC
IR
R0
R1
100 load R0, M[500]
101
501 ...
控制单元中的子操作
❖ 存储结果
▪ 将数据路径寄存器 中运算结果返回到 Memory
▪ 这个子操作中的这 条指令的作用不太 明显
Processor Control unit
Controller
Control /Status
Datapath ALU
Registers
PC 100
IR load R0, M[500]
inc R1, R0
102 store M[501], R1
I/O
...
Memory
500 10
501 ...
控制单元中的子操作
❖ 取指令
▪ 将下一条指令传到 IR中
▪ 程序计数器PC， 总是指向下一条指 令
▪ IR：保存取到的 指令
Processor Control unit
Controller
Datapath ALU
+1
Registers
PC
IR
10 11
I/O
...
Memory
10
.1.1.
控制单元
❖ 控制单元：为数据路径配置合适的操作
▪ 目标操作（指令）的运行时序以程序的形式存储在 Memory中
❖ 指令周期：可将指令周期分解成很多个子操作， 也可使每个子操作对应一个时钟周期
▪ 取指令：将下一条指令传到IR中 ▪ 解码：解析指令蕴含的意义 ▪ 取操作数：将Memory中的数据传输到数据路径中的
I/O
...
Memory 500 10
501 ...
控制单元中的子操作
❖ 取操作数
▪ 将Memory中的数 据传输到数据路径 的寄存器中
Processor Control unit
Controller
Control /Status
Datapath ALU
Registers
PC 100
IR load R0, M[500]
数据路径
❖ 加载数据
▪ 将存储单元的值读 入数据路径内的寄 存器中
❖ ALU的运算
▪ 将特定寄存器的值 传到ALU中，再将 经计算后得到的值 返回到寄存器中
❖ 存储数据
▪ 将ALU寄存器中的 读入存储单元
Processor Control unit
Controller
Control /Status
10
R0
R1
100 load R0, M[500] 101 inc R1, R0 102 store M[501], R1
I/O
...
Memory 500 10
501 ...
控制单元中的子操作
❖ 执行
▪ 使数据在ALU中移 动
▪ 这个子操作中的这 条指令的作用不太 明显
Processor Control unit
❖ 解码
▪ 解析指令的意义
Processor Control unit
Controller
Control /Status
Datapath ALU
Registers
PC 100
IR load R0, M[500]
R0
R1
100 load R0, M[500] 101 inc R1, R0 102 store M[501], R1
基本结构
❖ 控制单元和数据路 径
▪ 单用途处理器的相 似点
❖ 不同点
▪ 通用的数据路径 ▪ 控制单元中不存储
算法，算法程序通 常都是存储在存储 器中
Processor Control unit
Controller
Control /Status
Datapath ALU
Registers
PC
IR
I/O Memory
Motorola半导体生产的68HC05单片机仅96年一年 就卖出5亿个。 ▪ 若规划付出较高的NRE成本，则将谨慎设计，以求获得
性能更好，面积更小，功耗更低的产品 ▪ 嵌入式系统设计者负担的NRE成本更低，设计的上市时
间更短，灵活性更高
▪ 通常说微处理器，“微”是指处理器被用于单片或几个 片上的情况。
R0 10 R1
100 load R0, M[500] 101 inc R1, R0 102 store M[501], R1
I/O
...
Memory 500 10
501 ...
指令周期
PC=10
0 Fetch DecodeFetch Exec. Store
ops
result
clk
s
Processor Control unit
501 ...
指令周期
PC=10
0 Fetch DecodeFetch Exec. Store
ops
result
clk
s
PC=10
1 Fetch DecodeFetch Exec. Store
ops
result
Controller
Control /Status
Datapath ALU
Registers
PC 100
IR load R0, M[500]
R0 10 R1
100 load R0, M[500] 101 inc R1, R0 102 store M[501], R1
I/O
...
Memory 500 10
Control /Status
Datapath ALU
Registers
PC 100
IR load R0, M[500]
R0
R1
100 load R0, M[500] 101 inc R1, R0 102 store M[501], R1
I/O
...
Memory 500 10
501 ...
控制单元中的子操作
嵌入式系统设计：软硬件统一 第四章 通用处理器：软件
概述
1
什么是通用处理器？
2 通用处理器的基本结构
3 通用处理器中的运算
4 从程序员的角度来看通用处理器
5 通用处理器的开发环境
6 ASIP 7 设计通用处理器
通用处理器简介
❖ 通用处理器
▪ 可执行多种计算任务的处理器 ▪ 低廉的单位成本：通过生产大量的成品来分散NRE成本
Controller
来自百度文库
Control /Status
Datapath ALU
Registers
PC 100
IR load R0, M[500]
10
R0 R1
100 load R0, M[500] 101 inc R1, R0 102 store M[501], R1
I/O
...
Memory 500 10