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计算机组成原理 中央处理器(CPU) CPU的功能和基本结构

3795人浏览 / 0人评论 / | 作者:因情语写  | 分类: 计算机组成原理  | 标签: 计算机组成原理  | 

作者:因情语写

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    本章考点

    (一) CPU 的功能和基本结构
    (二) 指令执行过程
    (三) 数据通路的功能和基本结构
    (四) 控制器的功能和工作原理
    1. 硬布线控制器
    2. 微程序控制器 微程序、微指令和微命令;微命令格式,微命令的编码方式;微地址的形成方式。
    (五) 指令流水线
    1. 指令流水线的基本概念
    2. 指令流水线的基本实现
    3. 超标量和动态流水线的基本概念

    一、 CPU 的功能

    1. 控制器的功能

    指令 指令控制
    分析指令 操作控制
    执行指令,发出各种操作命令 时间控制
    控制程序输入及结果的输出
    总线管理 处理中断
    处理异常情况和特殊请求 数据加工

    2. 运算器的功能

    实现算术运算和逻辑运算

    二、 CPU 结构框图

    1. CPU 与系统总线

    2. CPU 的内部结构

    三、 CPU 的寄存器

    1. 用户可见寄存器

    (1) 通用寄存器 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

    2. 控制和状态寄存器

    (1) 控制寄存器
    PC -> MAR -> M -> MDR -> IR
    控制 CPU 操作
    其中 MAR、 MDR、 IR 用户不可见, PC 用户可见
    (2) 状态寄存器
    状态寄存器 存放条件码
    PSW 寄存器 存放程序状态字

    CPU的主要寄存器

    程序计数器 PC(Programming Counter)

    用来存放正在执行的指令的地址或接着将要执行的下一条指令的地址
    顺序执行时,每执行一条指令, PC 的值应加 1
    转移类指令将转移目标地址送往 PC ,可实现程序转移

    指令寄存器 IR(Instruction Register)

    用来存放从存储器中取出的待执行的指令
    在执行该指令的过程中,指令寄存器的内容不允许发生变化,以保证实现指令的全部功能

    程序状态字寄存器(PSW)
    指令译码器 ID(Instruction Decoder)
    指令中的操作码经译码后才能识别出是一条怎样的指令

    译码器经过对指令进行分析和解释,产生相应的控制信号
    地址形成部件
    根据指令的不同寻址方式,用来形成操作数的有效地址

    指令流向的控制,即下条指令地址的形成控制
    时序产生器
    机器周期、工作节拍、脉冲及启停控制线路
    由脉冲源产生一定频率的脉冲信号作为整个机器的时钟脉冲
    微操作信号发生器
    根据指令部件提供的操作信号、时序部件提供的时序信号、被控制功能部件所反馈的状态及条件综合形成真正控制各部件工作的微操作信号


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