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:
- 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
- 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
- 从CM中读取对应的微指令并执行
- 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
- 直接编码控制
- 字段直接编码方式
- 字段间接编码方式
微指令的格式
- 水平型
- 垂直型
- 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