计算机组成原理（第3版）.ppt

三、CISC 的主要特征 系统指令 复杂庞大，各种指令使用频度相差大 指令 长度不固定、指令格式种类多、寻址方式多 访存 指令 不受限制 大多数指令需要 多个时钟周期 执行完毕 采用 微程序 控制器 CPU 中设有 专用寄存器 难以 用 优化编译 生成高效的目的代码 7.5 四、RISC和CISC 的比较 1. RISC更能 充分利用 VLSI 芯片的面积 2. RISC 更能 提高计算机运算速度 指令数、指令格式、寻址方式少， 通用 寄存器多，采用 组合逻辑 ， 便于实现 指令流水 3. RISC 便于设计，可 降低成本，提高 可靠性 4. RISC 有利于编译程序代码优化 5. RISC 不易 实现 指令系统兼容 7.5 第８章 CPU 的结构和功能 8.1 CPU 的结构 8.3 指令流水 8.2 指令周期 8.4 中断系统 8.1 CPU 的结构 一、 CPU 的功能 取指令 分析指令 执行指令，发出各种操作命令 控制程序输入及结果的输出 总线管理 处理异常情况和特殊请求 1. 控制器的功能 2. 运算器的功能 实现算术运算和逻辑运算 指令控制 操作控制 时间控制 数据加工 处理中断 二、CPU 结构框图 PC IR 指令控制 操作控制 时间控制 数据加工 处理中断 ALU 寄存器 中断系统 1. CPU 与系统总线 CU 时序电路 寄存器 ALU 中断 系统 CU CPU 控制总线 数据总线 地址总线 8.1 2. CPU 的内部结构 8.1 算术和 布尔逻辑 取反 移位 状态标志 内部 数据总线 寄存器 CU 中断 系统 ALU 控制信号 … C P U 1. 用户可见寄存器 (1) 通用寄存器 三、 CPU 的寄存器 存放操作数 可作 某种寻址方式所需的 专用寄存器 (2) 数据寄存器 存放操作数（满足各种数据类型） 两个寄存器拼接存放双倍字长数据 (3) 地址寄存器 存放地址，其位数应满足最大的地址范围 用于特殊的寻址方式 段基值 栈指针 (4) 条件码寄存器 存放条件码，可作程序分支的依据 如 正、负、零、溢出、进位等 8.1 2. 控制和状态寄存器 (1) 控制寄存器 PC 控制 CPU 操作 (2) 状态寄存器 状态寄存器 其中 MAR、MDR、IR 用户不可见 存放条件码 PSW 寄存器 存放程序状态字 PC 用户可见 3. 举例 Z8000 8086 MC 68000 MAR M MDR IR 8.1 四、 控制单元 CU 和中断系统 1. CU 产生全部指令的微操作命令序列 组合逻辑设计 微程序设计 硬连线逻辑 存储逻辑 2. 中断系统 参见 第４篇 五、ALU 参见 8.4 节 参见 第６章 8.1 8.2 指 令 周 期 一、 指令周期的基本概念 1 . 指令周期 取出并执行一条指令所需的全部时间 完成一条指令 执行 取指、分析 取指阶段 取指周期 执行阶段 执行周期 （取指、分析） （执行指令） 指令周期 取指周期 执行周期 2. 每条指令的指令周期不同 取指周期 指令周期 取指周期 执行周期 指令周期 NOP ADD mem MUL mem 8.2 取指周期 执行周期 指令周期 … 3. 具有间接寻址的指令周期 4. 带有中断周期的指令周期 取指周期 间址周期 指令周期 执行周期 取指周期 间址周期 指令周期 执行周期 中断周期 8.2 5. 指令周期流程 取指周期 执行周期 有间址吗？ 有中断吗？ 间址周期 中断周期 是 是 否 否 8.2 6. CPU 工作周期的标志 CPU 访存有四种性质 取 指令 取 地址 取 操作数 存 程序断点 取指周期 间址周期 执行周期 中断周期 FE D IND D INT D CLK 1 FE 1 IND 1 EX 1 INT EX D CPU 的 4个工作周期 8.2 1. 取指周期数据流 二、 指令周期的数据流 MDR CU MAR PC IR 存储器 CPU 地址总线 数据总线 控制总线 IR +1 8.2 2. 间址周期数据流 MDR CU MAR CPU 地址总线 数据总线 控制总线 PC IR 存储器 MDR 8.2 3. 执行周期数据流 4 . 中断周期数据流 不同指令的执行周期数据流不同 MDR CU MAR CPU 地址总线 数据总线 控制总线 PC 存储器 8.2