计算机组成原理cpu教案,计算机组成原理-中央处理器(CPU)教案.pdf

计算机组成原理

中央处理器CPU

中国地质大学计算机学院

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V2.0

主要内容

CPU的功能和组成

控制器控制原理

指令周期(★★★)

时序产生器和控制方式

微程序控制器(★★★)

微程序设计技术

硬布线控制器

流水线处理器

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CPU 的组成和功能

CPU的功能

CPU的组成

CPU中的主要寄存器

操作控制器

时序产生器

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CPU 的功能

取出指令并执行指令的部件CPU

指令控制：指令执行的顺序控制;

程序是一个指令序列，这些指令的相互顺序不能任

意颠倒，必须严格按程序规定的顺序进行。(首要

任务)

操作控制: 产生各种操作信号;

解释指令的操作码，通过若干操作信号组合控制来

实现指令功能。

时间控制: 控制操作信号的发生时间;

完成一条指令的若干操作信号定时，有序执行。

数据加工: ALU. 算术/逻辑运算；(根本任务)

异常处理：接收、控制、管理信号资源及异常情况。

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CPU 的组成

运算器

算术运算/逻辑运算

累加器、状态条件寄存器、缓存寄存器、移码器、锁

存器、求补器等。

控制器

从内存取出一条指令,并指出下条指令的地址

对指令进行译码,产生相应的控制信号

指挥并控制CPU, 内存和I/O设备之间的数据传送

程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序产生器

、操作控制器、地址寄存器等。

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C

P

U

构 结 成 组 本 基 的

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CPU 中的主要寄存器

PC(Program Counter)程序计数器

AR(Address Register)地址寄存器

DR(Data Register)数据缓冲寄存器

IR(Instruction Register)指令寄存器

AC(Accumulate Count)累加寄存器

PSW (Program Status Word)程序状态字

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PC

为了保证程序能够连续地执行下去，CPU如何确定下一条

指令的地址？

程序计数器，又称指令计数器。在程序开始执行前，首先

将起始地址，即程序的第一条指令所在的内存单元地址送入

PC，因此PC的内容即是从内存提取的第一条指令的地址。

当执行指令时，CPU将自动修改PC的内容，以便使其保持

的总是将要执行的下一条指令的地址。由于多数指令都是按

顺序来执行的，修改的过程通常只是简单的对PC加1。

当遇到转移指令如JMP指令时，那么后继指令的地址(即

PC的内容)必须从指令的地址段取得。在这种情况下，下一

条从内存取出的指令将由转移指令来规定，而不是像通常一

样按顺序来取得。因