第3章 处理器架构CPU组成

第三章CPU组成3.1CPU的功能和组成1诺依曼机结构StructureofvonNeumannmachine3.1CPU的功能和组成1诺依曼机结构StructureofIAS–

detail3.1CPU的功能和组成2CPU内部结构3.1CPU的功能和组成3CPU的根本功能指令控制控制程序的执行顺序。这是首要任务。操作控制产生每条指令的操作信号，送往相应的部件，并控制这些部件按指令的要求进行动作时间控制数据加工对数据进行算术运算和逻辑运算处理。这是CPU的根本任务。中断处理3.1CPU的功能和组成4CPU的根本组成ALU计算机的功能精髓存放器——用于CPU内部的数据存储内部数据路径——用于存放器之间以及存放器与ALU之间的数据传送外部数据路径——用于将存放器连接到内存和I/O模块控制器——引起CPU内部的操作发生3.1CPU的功能和组成5CPU中的主要存放器CPU中的存放器效劳于两类功能：·用户可见存放器这些存放器允许机器语言或汇编语言程序员通过优化存放器的使用而减少对主存的访问·控制和状态存放器用来控制CPU的操作并被特权的操作系统程序用来控制程序的执行。3.1CPU的功能和组成5CPU中的主要存放器通用存放器组用户可编程访问暂存器对用户透明累加器AC当ALU执行全部算术和逻辑运算时，为ALU提供一个工作区。并暂存ALU运算的结果信息。指令存放器IR用于存放当前指令程序计数器PC用于存放后继指令地址程序状态字存放器PSW地址存放器AR连接到系统总线的地址线，指定了读/写操作的内存地址。数据存放器MDR连接到系统总线的数据线，容有最后一次访问内存的值3.1CPU的功能和组成6操作控制器和时序发生器微操作与数据通路微操作指令分解后的最根本、最简单、不可再分的操作数据通路存放器间传输信息的通路3.1CPU的功能和组成6操作控制器和时序发生器(1)操作控制器决定在什么时间，根据什么条件，发出什么命令，做什么操作。为使控制器实现其功能，必须具有允许它确定系统状态的输入和允许它控制系统行为的输出。这是控制器的外部标准。内部，控制器必须具有完成它的排序和执行功能的逻辑。按照微命令的形成方式，通常有两种类型的控制器：·组合逻辑控制器·微程序控制器(2)时序信号发生器产生各功能部件所需要的定时控制信号。对控制信号实施时间控制3.2CPU的工作过程1指令的执行过程FI：取指令DI：指令译码CO：计算操作数地址FO：取操作数EI：执行指令WO：写操作数6段指令流水线操作时序图3.2CPU的工作过程2指令周期3时序发生器时序信号产生各功能部件所需要的定时控制信号。并对各种控制信号实施时间上的严格控制。时序发生器用逻辑电路发出时序信号3.2CPU的工作过程4控制方式

同步控制方式各项操作与统一的时序信号同步异步控制方式各项操作按其需要选择不同的时间，不受统一的时序信号约束；各操作之间的衔接与各部件之间的信息交换采取应答方式3.2CPU的工作过程1组合逻辑控制器硬连线来自主存+1送M或ALU运行状态I/O状态控制台信息微命令序列微操作信号发生器状态字寄存器程序计数器地址形成部件时序系统译码译码操作码地址段(寻址方式、寄存器号)3.3操作控制器2微程序控制器根本思想将存储逻辑引入CPU，将程序设计技术引入CPU的构成级微命令字段微地址字段指令代码运行状态微命令序列微地址形成电路微地址寄存器µAR译码器微指令存储器µIRIRPSWPC控制存储器CM3.3操作控制器两个层次程序员看到