白中英计算机组成原理第5章-中央处理机-2.ppt

第5章中央处理机;目录;考研大纲要求;5.1CPU的组成和功能;5.1.1CPU的功能;5.1.2CPU的基本组成;CPU模型图;5.1.3CPU中的主要寄存器（1/3）;5.1.3CPU中的主要寄存器（2/3）;5.1.3CPU中的主要寄存器（3/3）;5.1.4操作控制器与时序产生器;数据通路的建立;5.2?指令周期;5.2.1指令周期的基本概念;关于指令周期;一个简单的程序;5.2.2MOVR0,R1指令的指令周期;MOVR0,R1指令的执行过程演示;MOVR0,R1指令周期中的控制信号;5.2.3LADR1,6指令的指令周期;LADR1,6指令的执行过程演示;LADR1,6指令周期中的控制信号;5.2.4ADDR1,R2指令的指令周期;ADDR1,R2指令的执行过程演示;ADDR1,R2指令周期中的控制信号;5.2.5STOR2,(R3)指令的指令周期;STOR2,(R3)指令的执行过程演示;STOR2,(R3)指令周期中的控制信号;5.2.6JMP101指令的指令周期;JMP101指令的执行过程演示;JMP101指令周期中的控制信号;5.2.7用方框图语言表示指令周期;P139图5.14方框图语言表示的指令周期;课本P139【例1】;指令周期应包括取指周期和执行周期；

执行周期中应首先将R0、R2两寄存器的内容送入ALU的操作数缓冲器中，再执行加法运算；;指令ADDR2，R0的执行过程;指令周期应包括取指周期和执行周期；

取指周期与ADD指令完全相同；

执行周期与ADD指令不同之处在于ALU的控制信号为“－”;参考上例试写出下列指令的微操作序列;计算机的性能指标;【例1】某CPU的主频为8MHz，设每个CPU周期平均包括4个时钟周期，且该机平均指令执行速度为1MIPS。;【例2】若某机主频为200MHz，每个指令周期平均为2.5个CPU周期，每个CPU周期平均包括2个主频周期。;5.3?时序产生器和控制方式;5.3.1时序信号的作用和体制;控制器的时序信号;5.3.2时序信号产生器;5.3.3控制方式;5.4微程序控制器;5.4.1微程序控制原理;1、微命令和微操作;微操作的分类;简单运算器数据通路;2、微指令和微程序;顺序控制部分的P1、P2为判别测试标志；

若为00，则顺序寻址微指令；

若为01、10，则跳跃寻址微指令。

直接地址20~23位

顺序寻址时，直接地址即为下一条微指令地址；

跳跃寻址时，则要对直接地址修改，得到下条微指令地址；;3、微程序控制器原理框图;P147图5.23微程序控制器原理框图;微程序控制器的工作过程;4、微程序举例;(R2)-(R3)?R2;十进制加法指令的微指令;5、CPU周期与微指令周期的关系;CPU周期与微指令周期关系的例子;6、机器指令与微指令的关系;【例】设某16位计算机运算器框图如下图(a)所示，其中ALU为16位的加法器(高电平工作)，SA、SB为16位暂存器。4个通用寄存器，其读、写控制功能见下表。;控制信号说明

RA0RA1/WA0WA1：读写通用寄存器时，选择所读写的寄存器；?

R/W：寄存器读/写命令；

LDSA/LDSB：将数据打入SA/SB的控制信号；

SB→ALU：将SB中数据送入ALU的控制信号；

→ALU：传送SB的控制信号，并使加法器最低位加1；

Reset：清暂存器SB为零的信号；

~：一段微程序结束，转入取机器指令的控制信号；

要求：用二进制代码写出如下指令的微程序：

“ADDR0，R1”指令，即(R0)+(R1)→R1

“SUBR2，R3”指令，即(R3)-(R2)→R3

“MOVR2，R3”指令，即(R2)→(R3);【例】解答;5.4.2微程序设计技术;1、微命令编码;直接表示法;编码表示法（1/2）;编码表示法（2/2）;2、微地址的形成方法;计数器方式;多路转移方式;【例】已知某计算机采用微程序控制方式，其控存容量为512×32位，微程序可以在控存中实现转移，可控制微程序转移的条件有6个，采用直接编码方式，后继微指令地址采用多路转移方式。;3、微指令格式;水平型微指令与垂直型微指令比较;4、动态微程序设计;5.5硬连线控制器;硬连线控制器结构方框图;5.7流水CPU;5.7.1并行处理技术;微指令的执行方式;5.7.2流水CPU的结构;流水计算机系统组成原理示意图;执行段的速度匹配问题的解决;2、流水CP