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文檔簡介

1、1第五章 中央處理器返回2第五章 中央處理器5.1CPU功能和組成5.2指令周期5.3時序產(chǎn)生器5.4微程序控制器及其設計5.5硬布線控制器及其設計5.6傳統(tǒng)CPU5.7流水CPU5.8RISC的CPU5.9多媒體CPU35.2指令周期指令周期5.2.1 指令周期的基本概念指令周期的基本概念5.2.2 典型指令的指令周期典型指令的指令周期5.2.3 用方框圖語言表示指令周期用方框圖語言表示指令周期45.2 指令周期指令周期55.2.1 指令周期的基本概念指令周期的基本概念l概念l指令周期:指取指令、分析指令到執(zhí)行完該指令所需的全部時間l機器周期:通常把一條指令周期劃分為若干個機器周期,每個機器

2、周期完成一個基本操作l不同的指令,可能包含不同數(shù)目的機器周期l時鐘周期:在一個機器周期內,要完成若干個微操作,因而需要分為若干個時間段,稱為節(jié)拍,節(jié)拍的寬度取決于CPU完成一次基本的微操作的時間65.2.1 指令周期的基本概念指令周期的基本概念l概念l機器周期的劃分(1)取指周期FT (2)源周期ST(3)目的周期DT(4)執(zhí)行周期ET(5)中斷周期IT(6)DMA傳送周期DMATFTSTDTITETDMATDMA請求?請求?中斷?中斷?YYNN75.2.2 指令周期指令周期由一個模型機來介紹指令周期概念85.2.2 MOV指令的指令周期指令的指令周期l取指周期l執(zhí)行周期95.2.2 MOV指

3、令的指令周期指令的指令周期取指取指 程序計數(shù)器程序計數(shù)器PC中裝入第一條指令地址中裝入第一條指令地址101(八進制);(八進制); PC的內容被放到指令地址總線的內容被放到指令地址總線ABUS(I)上,并啟動讀命令;)上,并啟動讀命令; 從從101號地址讀出的號地址讀出的MOV指令通過指令總線指令通過指令總線IBUS裝入指令寄存器裝入指令寄存器IR; 程序計數(shù)器內容加程序計數(shù)器內容加1,變成,變成102,為取下一條指令做好準備;,為取下一條指令做好準備; 指令寄存器中的操作碼(指令寄存器中的操作碼(OP)被譯碼;)被譯碼; CPU識別出是識別出是MOV指令,至此,取指周期即告結束。指令,至此,

4、取指周期即告結束。10 操作控制器(操作控制器(OC)送出控制信號到通用寄存器,選擇)送出控制信號到通用寄存器,選擇R1(10)作源寄存器,)作源寄存器,選擇選擇R0作目標寄存器;作目標寄存器; OC送出控制信號到送出控制信號到ALU,指定,指定ALU做傳送操作;做傳送操作; OC送出控制信號,打開送出控制信號,打開ALU輸出三態(tài)門,將輸出三態(tài)門,將ALU輸出送到數(shù)據(jù)總線輸出送到數(shù)據(jù)總線DBUS上。上。注意,任何時候注意,任何時候DBUS上只能有一個數(shù)據(jù)。上只能有一個數(shù)據(jù)。 OC送出控制信號,將送出控制信號,將DBUS上的數(shù)據(jù)打入到數(shù)據(jù)緩沖寄存器上的數(shù)據(jù)打入到數(shù)據(jù)緩沖寄存器DR(10););

5、OC送出控制信號,將送出控制信號,將DR中的數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)10打入到目標寄存器打入到目標寄存器R0,R0的內容由的內容由00變?yōu)樽優(yōu)?0。至此,。至此,MOV指令執(zhí)行結束。指令執(zhí)行結束。5.2.2 MOV指令的指令周期指令的指令周期執(zhí)行執(zhí)行115.2.3 LAD指令的指令周期指令的指令周期l取指周期l執(zhí)行周期125.2.3 LAD指令的指令周期指令的指令周期135.2.5 ADD指令的指令周期指令的指令周期145.2.5 ADD指令的指令周期指令的指令周期155.2.5 STO指令的指令周期指令的指令周期165.2.5 STO指令的指令周期指令的指令周期175.2.6 JMP指令的指令周期指令的

6、指令周期185.2.6 JMP指令的指令周期指令的指令周期195.2.7用方框圖語言表示指令周期用方框圖語言表示指令周期l引入目的主要是為了教學目的(控制器設計)l方法:l指令系統(tǒng)設計(模型機的五指令系統(tǒng))l方框按CPU周期l方框內內容數(shù)據(jù)通路操作或控制操作l菱形符號判別或測試l公操作,即一條指令執(zhí)行完畢以后的一些操作,如中斷處理,DMA處理等(取指令也可認為是公操作)205.2.7 方框圖表示指令周期方框圖表示指令周期取指執(zhí)行(R1)DR(DR) R0IRARCache(D) DR(DR) R1(R1)+(R2) DR(DR) R2(R3)AR (R2) Cache(D) Cache(I) IR(PC)+1 PC215.2.7方框圖表示指令周期方框圖表示指令周期P139例例1雙總線結構機器的數(shù)據(jù)通路圖雙總線結構機器的數(shù)據(jù)通路圖微操作信號微操作信號+122注意微操作控制信號(右邊)注意微操作控制信號(右邊)ALU0ALU0ADD R0, R2SUB R3, R1(PC)+1PC(PC)+1PC+1235.2.7方框圖表示指令周期方框圖表示指令周期補充例題補充例題(PC)MARMMDR(MDR)IR, (PC)+1PC(R1)MARADD R0 ,(R1)MMDR(MDR)T1(T1) + (R0)T2(T2

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