計(jì)算機(jī)組成原理第五章中央處理器一課件(已修改)
2024-10-17 15:42 本頁面
【正文】 第五章 中央處理器 ? CPU的構(gòu)成：運(yùn)算器 +控制器 ?控制器：計(jì)算機(jī)的指揮中心，控制所有部件協(xié)調(diào)一致地工作以完成信息處理的任務(wù)。 ?控制器實(shí)施控制的方法：發(fā)出一系列有嚴(yán)格時(shí)序的操作控制信號(hào)。 ?控制器實(shí)施控制的對(duì)象是整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的所有硬件，故其內(nèi)容的學(xué)習(xí)對(duì)使用和設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)的人至關(guān)重要。 ?重點(diǎn)： 控制器的設(shè)計(jì)方法 —— 硬布線設(shè)計(jì)法和微程序設(shè)計(jì)法。 CPU的功能和組成 CPU的功能 一、指令控制 ?取指令 —— 執(zhí)行指令 ?∴ 控制器的首要任務(wù)應(yīng)該是保證指令流正常運(yùn)轉(zhuǎn)，即保證按程序中規(guī)定的指令順序完成指令的執(zhí)行。 二、操作控制 ?在保證指令控制的前提下把控制器的任務(wù)細(xì)化到一條指令內(nèi)部 —— 任一指令的功能往往由若干各微操作來實(shí)現(xiàn)，例： ? ADD M （（ M） +（ AC） → AC）的微操作。 ?∴ 控制器除了指令控制外，還要針對(duì)每一條指令給出相應(yīng)硬件完成各個(gè)微操作所需要的微操作控制信號(hào)。 ?三、時(shí)間（時(shí)序）控制 在操作控制的同時(shí)，即考慮空間因素（微操作對(duì)應(yīng)哪個(gè)硬件）的同時(shí)，還要明確每個(gè)微操作占多少時(shí)間、各個(gè)操作之間的先后次序如何 … 即考慮時(shí)間因素。 ? ∴ 控制器在指令控制和操作控制的同時(shí)，還要負(fù)責(zé)為每個(gè)操作帶上時(shí)間長(zhǎng)度及順序的信號(hào)即時(shí)序信號(hào)。 四、數(shù)據(jù)加工 ?以上三項(xiàng)功能都是指 CPU中控制器的功能，而數(shù)據(jù)加工處理是中 CPU運(yùn)算器的功能。 CPU的基本組成 ?教材 圖 。 ALU AC PC 地 址 總 線 ABUS 數(shù) 據(jù) 總 線 DBUS DR IR 指令 譯碼器 操作控制器 時(shí)序產(chǎn)生器 時(shí)鐘 狀態(tài) 反饋 指令 寄存器 AR … 微操作控制信號(hào) 算術(shù)邏輯單元 累加器 程序 計(jì)數(shù)器 地址 寄存器 數(shù)據(jù) 緩沖 寄存器 CPU 存儲(chǔ)器 輸入 / 輸出 PSWR 狀態(tài)條件 寄存器 圖 CPU模型 ?在 圖 ： 一、分割運(yùn)算器與控制器 二、 MAR與 MDR的重要作用 三、程序在其中的執(zhí)行過程 ? CPU中的主要寄存器 ? 操作控制器與時(shí)序產(chǎn)生器 ?控制器為完成上述指令控制、操作控制和時(shí)序控制的功能，需設(shè)臵以下主要部件： 控制器 的組成 一、程序計(jì)數(shù)器 PC（ Program Counter） ?存放待執(zhí)行指令在存儲(chǔ)器中的地址，又叫指令地址寄存器。 ?任何程序執(zhí)行前，需將程序首地址臵入 PC中。一般 PC內(nèi)容順序增 1；遇轉(zhuǎn)移類指令，將目標(biāo)地址臵入 PC即可。 二、指令寄存器 IR（ Instruction Register） ?用來存放從存儲(chǔ)器中取出的待執(zhí)行指令。 ?實(shí)際是存儲(chǔ)器 → MDR→IR 。 三、指令譯碼器 ID（ Instruction Decoder） ?對(duì)指令的操作碼即 IR（ OP）進(jìn)行譯碼，識(shí)別出當(dāng)前指令的操作性質(zhì)，結(jié)果送到操作控制部件。 四、時(shí)序部件 ?產(chǎn)生計(jì)算機(jī)工作過程中需要的各種時(shí)序信號(hào)，送給操作控制部件。 ?常由 系統(tǒng)主時(shí)鐘 、 節(jié)拍信號(hào)發(fā)生器 和 啟停邏輯 等部件組成。 五、操作控制部件 —— 微操作控制信號(hào)的產(chǎn)生部件 ?任何指令的執(zhí)行過程都是一個(gè)微操作序列產(chǎn)生的過程；操作控制部件就是用來產(chǎn)生與各條指令對(duì)應(yīng)的微操作控制信號(hào)。 ?所謂 “ 控制器的設(shè)計(jì) ” 主要就是針對(duì)該部件而言。具體地說控制器的設(shè)計(jì)有三種方法（也叫控制器的三種構(gòu)成方式）： （ 1）組合邏輯的設(shè)計(jì)方法，又叫硬布線方法、常規(guī)的控制器設(shè)計(jì)方法； ?（ 2）存儲(chǔ)邏輯的設(shè)計(jì)方法，又叫微程序設(shè)計(jì)方法； ?（ 3）可編程邏輯陣列設(shè)計(jì)方法即 PLA設(shè)計(jì)方法。 六、中斷系統(tǒng) 中斷系統(tǒng)是軟硬件的綜合系統(tǒng)，用來處理計(jì)算機(jī)中出現(xiàn)的一些不可預(yù)知的事件。 中斷系統(tǒng)在邏輯（功能）上屬于控制器的一部分。 七、操作控制臺(tái)（ Console） ?任何計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中人 機(jī)聯(lián)系的橋梁：?jiǎn)⑼！⑷斯じ深A(yù)、測(cè)試 …… 。 ?微機(jī)的控制臺(tái)。 ?大型機(jī)的控制臺(tái)結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，其質(zhì)量如何在很大程度上影響系統(tǒng)功能的發(fā)揮和應(yīng)用的方便程度。 ?控制臺(tái)在邏輯（功能）上屬于控制器的一部分，在硬件上它不可能集成化。 ?綜上所述，給出一個(gè)較完整的 控制器組成 的結(jié)構(gòu)框圖。請(qǐng)注意其中操作控制部件的輸入與輸出。 指令譯碼器 ID 指令寄存器 IR 程序計(jì)數(shù)器 PC 操作控制 部件 （微操作 控制信號(hào)的 產(chǎn)生部件） 時(shí)序部件 操作控制臺(tái) 中斷系統(tǒng) 地址形成邏輯 運(yùn)算器的 微操作 控制信號(hào) 主存或 I/O 端口的微操 作控制信號(hào) 其他部件 的微操作 控制信號(hào) … 指令信息 …… 自 主 存 去 主 存 +1 … … …
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