1、第5章 中央处理器,5.1 CPU的功能和组成5.2 指令周期5.3 时序产生器和控制方式5.4 微程序控制器5.5 微程序设计技术5.6 硬布线控制器,5.7 传统CPU5.8 流水CPU5.9 RISC CPU5.10 多媒体CPU5.11 CPU性能评价,第5章 中央处理器,学习要点：,理解：,掌握：,中央处理器组成及其功能，控制方式及时序控制，控制器组成及CPU控制流程，微程序控制器及微程序设计技术。,数据通路，组合逻辑控制器和PLA控制器，流水线处理机的基本机理及工作过程。,5.1 CPU的功能和组成,当代主流计算机所遵循的仍然是冯.诺依曼的“存储程序、程序控制”思想。,存储程序是指
2、人们必须事先把计算机的执行步骤序列（即程序）及运行中所需的数据，通过一定方式输入并存储在计算机的存储器中。程序控制是指计算机运行时能自动地逐一取出程序中一条条指令，加以分析并执行规定的操作。,程序告诉计算机：应该逐步执行什么操作；在什么地方找到用来操作的数据，结果存到何处等。中央处理器是控制计算机自动完成取出指令和执行指令任务的部件，它是计算机的核心部件，通常简称为CPU（Central Processing Unit）。,一、CPU的功能,指令控制 保证机器按程序规定的顺序取出执行,操作控制 CPU产生每条指令所对应的操作信号，并把各种操作信号送往相应的部件，从而控制这些部件按指令的要求进行
3、动作。,时间控制 对各种操作的实施时间进行定时,数据加工 对数据进行算术运算和逻辑运算处理,处理中断 对机器运行过程中出现的异常情况进行处理,PC,IR,AC,CU,时钟,ALU,控制信号,标志,控制信号,取指周期,ADD X,PC,IR,CU,ADD X 执行周期,AC,ALU,二、CPU的基本组成,控制器：完成对整个计算机系统操作的协调与指挥。（1）控制机器从内存中取出一条指令，并指出下一条指令在内存中的位置；（2）对指令进行译码，并产生相应的操作控制信号，送往相应的部件，启动规定的动作；（3）指挥并控制CPU、内存与输入/输出（I/O）设备之间数据流动的方向。,运算器：数据加工处理部件，
4、所进行的全部操作由控制器发出的控制信号指挥（1）执行所有的算术运算；（2）执行所有的逻辑运算，并进行逻辑测试。,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,在程序运行时，计算机系统是在控制器的统一协调下进行工作的。计算机执行的指令序列称之为指令流(Instruction Stream)；根据指令要求依次访问的数据序列称为数据流(Data Stream)。从程序运行的角度来看，控制器的基本功能是：在时间和空间上，对计算机的指令流和数据流实施正确控制。,控制器的功能,控制器具备自动从存储器中取出指令的功能。,一、分析指令完成什么操作；二、分析操作数地址。,形成操作控制信号序列,三、CPU结构框图,1.CPU 与系统总线,PC IR,ALU 寄存器,中断系统,CU 时序电路,2.CPU 的内部结构,CPU的基本模型,即指令地址寄存器。存放当前正在执行的指令地址或下一条指令地址。指令地址形成:(PC)+1-PC。或：转移指令修改其内容,用以存放当前正在执行的指令,对指令寄存器中的操作码进行分析解释，产生相应的控制信号。,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，是机器周期和工作脉冲的基准信号。,根据当前正在执行的指令的需要，产生相应的时序控制信号,四、CPU的寄存器,1.用户可见寄存器,