計算機組成原理cpu教案,計算機組成原理-中央處理器(CPU)教案.pdf

計算機組成原理

中央處理器CPU

中國地質大學計算機學院

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V2.0

主要内容

CPU的功能群組成

控制器控制原理

指令周期(★★★)

時序産生器和控制方式

微程式控制器(★★★)

微程式設計技術

硬布線控制器

流水線處理器

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CPU 的組成和功能

CPU的功能

CPU的組成

CPU中的主要寄存器

操作控制器

時序産生器

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CPU 的功能

取出指令并執行指令的部件CPU

指令控制：指令執行的順序控制;

程式是一個指令序列，這些指令的互相順序不能任

意颠倒，必須嚴格按程式規定的順序進行。(首要

任務)

操作控制: 産生各種操作信号;

解釋指令的操作碼，通過若幹操作信号組合控制來

實作指令功能。

時間控制: 控制操作信号的發生時間;

完成一條指令的若幹操作信号定時，有序執行。

資料加工: ALU. 算術/邏輯運算；(根本任務)

異常處理：接收、控制、管理信号資源及異常情況。

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CPU 的組成

運算器

算術運算/邏輯運算

累加器、狀态條件寄存器、緩存寄存器、移碼器、鎖

存器、求補器等。

控制器

從記憶體取出一條指令,并指出下條指令的位址

對指令進行譯碼,産生相應的控制信号

指揮并控制CPU, 記憶體和I/O裝置之間的資料傳送

程式計數器、指令寄存器、指令譯碼器、時序産生器

、操作控制器、位址寄存器等。

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C

P

U

構 結 成 組 本 基 的

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CPU 中的主要寄存器

PC(Program Counter)程式計數器

AR(Address Register)位址寄存器

DR(Data Register)資料緩沖寄存器

IR(Instruction Register)指令寄存器

AC(Accumulate Count)累加寄存器

PSW (Program Status Word)程式狀态字

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PC

為了保證程式能夠連續地執行下去，CPU如何确定下一條

指令的位址？

程式計數器，又稱指令計數器。在程式開始執行前，首先

将起始位址，即程式的第一條指令所在的記憶體單元位址送入

PC，是以PC的内容即是從記憶體提取的第一條指令的位址。

當執行指令時，CPU将自動修改PC的内容，以便使其保持

的總是将要執行的下一條指令的位址。由于多數指令都是按

順序來執行的，修改的過程通常隻是簡單的對PC加1。

當遇到轉移指令如JMP指令時，那麼後繼指令的位址(即

PC的内容)必須從指令的位址段取得。在這種情況下，下一

條從記憶體取出的指令将由轉移指令來規定，而不是像通常一

樣按順序來取得。因