运算器和控制器功能作用(修改版).ppt

运算器部件： 是计算机加工处理数据的功能部件是 CPU的重要组成部分。 对数据的加工处理包括： 与、或、非、异或等。 ALU是运算器中的核心部件。也是运算器内部传送数据的重要通路。 运算器的核心功能： 实现算术运算和逻辑运算 算术逻辑单元ALU（Arithmetic-Logical Unit）： 加、减、乘、除、等； 数值数据的算术运算： 逻辑数据的逻辑操作： 运算器还暂存参加运算的数据和中间结果，选择参加运算的数据，所以运算器内包含一定数目的通用寄存器和多路选择器、译码电路等。 运算器 定点运算器 浮点运算器 定点运算器用硬件直接实现，是必备的运算器。 浮点运算器又称为数学协处理器，主要用硬件完成，是可选件。 现在的高档微机已经把定点运算器和浮点运算器集成在一个芯片中。 运算器的组成 以一个模型机的运算器为例，说明运算器的组成。 该运算器由如下几部分构成： 1．算术/逻辑运算单元ALU 由4片SN74181和SN74182构成。 SN74181是4位并行加法器，SN74182是并行进位部件。 可构成16位的ALU。 2．锁存器 锁存器A、B用来暂存来自通用寄存器、存储器或外部设备的数据。给ALU提供参加运算的数据。 一旦数据进入锁存器，不管外部数据怎样变化，都不能改变锁存器的内容。 ALU将依据锁存器A、B的数据进行处理。 3．通用寄存器组 通用寄存器可供程序员访问，用来作为累加器、变址寄存器、操作数寄存器等来使用。 4．数据缓存寄存器DR 作为ALU运算结果和通用寄存器之间信息传送中 时间上的缓冲。 补偿CPU和内存、外围设备之间在操作速度上的差别。 状态寄存器用来存放在运算过程中得到的状态标志（如零标志、进位标志、符号标志等），以便供程序判断使用。 5．状态寄存器PSW 总线 总线接收器 总线发送器 总线发送器 移位器 状态寄存器 ALU 锁存器A 锁存器B 源寄存器 暂存寄存器 通用寄存器 模型机运算器组成框图 控制器 是整个计算机系统的指挥中心，协调并控制计算机的各个部件执行程序的指令序列。 微处理器 微处理器将运算器与控制器集成在一个芯片上，通常称为中央处理单元（CPU—Central Processing Unit）。 控制器 组合逻辑控制器（又称硬布线逻辑控制器） 微程序控制器 关系：运算器的操作和操作种类由控制器决定 控制器的功能和基本组成 控制器的功能 控制器的作用是控制程序的执行，它应具有下列功能。 1．取指令 根据程序入口地址，从存储器中取出一条指令，并指出下条指令的地址。 取出的指令送到指令寄存器，以便分析运行该指令。 2．分析指令 分析指令又叫解释指令或指令译码。 3．执行指令 根据分析指令产生的控制命令和操作数地址，形成相应的操作控制信号序列，通过运算器、存储器、输入/输出设备的执行，实现每条指令的功能。 计算机不断重复上述三种操作：取指、分析、执行；再取指、再分析、再执行……，如此循环，直到遇到停机指令或外来干预为止。 是对当前取得的指令进行分析，指出它要求完成什么操作，并产生相应的操作控制命令。如果参与操作的数据在存储器中，还要形成操作数地址。 5．对异常情况和某些请求的处理 当机器出现某些异常情况时，如溢出、校验错等，或某些外来请求，如中断、DMA等，要进行相应的处理。 4．控制程序和数据的输入与结果的输出 根据程序的安排并通过人的干预，在适当的时候向输入/输出设备发出一些相应的命令来完成输入/输出功能，这实际上也是通过执行程序来完成的。 控制器的实现方式 在控制器信号发生器的设计实现方式上，有组合逻辑和微程序两种不同方法。 1．组合逻辑 组合逻辑控制产生控制信号，优点是速度快，但是设计复杂，指令功能的修改和扩展不方便，尤其当指令系统变得复杂的时候。 2．微程序 微程序控制器采用类的程序控制方法微程序控 制设计方法规整，修改，扩充方便。易于实现机型 系列化，执行速度稍慢。