CPU


CPU组成

运算器

功能:接受来自控制器宋老的命令并执行相应的动作。

包含

  • ALU 算术逻辑单元
  • 暂存寄存器
  • ACC 累加寄存器
  • 通用寄存器组
  • PSW 程序状态寄存器组
  • 移位器
  • 计数器

控制器

功能:执行指令,每条指令的执行都是由控制器发出的一组微操作实现的。

工作原理:根据指令操作码、指令的执行步骤(微命令的序列)和条件信号来形成当前计算机各部件要用到的控制信号。

包含

  • PC 程序计数器
  • IR 指令寄存器
  • 指令译码器
  • MAR 存储地址寄存器
  • MDR 存储数据寄存器
  • 时序系统
  • 微操作信号发生器

控制器分为硬布线控制器和微程序控制器

硬布线控制器:由复杂的组合逻辑门电路和触发器构成

原理:根据指令的要求、当时的时序和内外部的状态情况,按时间的顺序发送一系列的微操作控制信号

微程序控制器

思想:将每一条机器指令编写成一个微程序

一个微程序包含若干跳微指令(微操作 = 微命令 < 微指令 < 微程序 < 机器指令 )

若有n种机器指令,则微程序数至少是n+2个(增加一个为公共取值的微程序,一个为对应终端周期的微程序)

微指令的组成:控制寄存器(CM)、微指令寄存器(CMAR)、微地址形成部件、微地址寄存器(CMDR)

工作过程:

  1. 将微程序的入口地址送到CMAR,并从CM中读取相应的微指令送到CMDR
  2. 机器指令的操作码字段通过微地址形成部件产生微程序的入口地址,送到CMAR
  3. 从CM中读取对应的微指令并执行
  4. 执行完一条机器指令的微程序后又回到微程序的入口地址,继续执行第一步

微指令的编码方式

  1. 直接编码控制
  2. 字段直接编码方式
  3. 字段间接编码方式

微指令的格式

  1. 水平型
  2. 垂直型
  3. 混合型

指令周期

指令周期:执行一条指令所需要的全部时间

一个指令周期包含多个机器周期,一个机器周期包含多个时钟周期

取值周期:根据PC的内容从主存中取出指令代码并存放在IR中

间址周期:取操作数的有效地址存放在MDR中

执行周期:根据IRde指令操作码和操作数通过ALU操作产生执行结果。

中断周期:处理中断请求


文章作者: 彭峰
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