第五章计算机组成原理.docx

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第五章计算机组成原理

第五章-计算机组成原理

【课后习题1、2、3、6、8、10、11】

1、CPU功能：

指令控制、操作控制、时间控制、数据加工。

2、CPU中主要寄存器6种（名称、缩写、功能）

在CPU中至少要有六类寄存器：

数据缓冲寄存器（DR）、指令寄存器（IR）、程序计数器（PC）、地址寄存器（AR）、通用寄存器（R0～R3）、状态条件寄存器（PSW），并且根据需要，可以扩充其数目。

◆数据缓冲寄存器DR用来暂时存放ALU的运算结果或由数据存储器读出的一个数据字，或来自外部接口的一个数据字。

◆指令寄存器IR用来保存从存储器中取出的当前正在执行的一条指令。

◆程序计数器PC确定下一条指令的地址，保证程序能够连续地执行下去。

◆数据地址寄存器AR用来保存当前CPU所访问的数据cache存储器（简称数存）单元的地址。

◆通用寄存器R0～R3的功能是：

当算术逻辑单元执行算术或逻辑运算时，为ALU提供一个工作区。

◆状态条件寄存器保存由算术指令和逻辑指令运行或测试的结果建立的各种条件码内容。

3、概念【指令周期、CPU周期、机器周期、时钟周期】

指令周期：

CPU从内存取出一条指令并执行完这条指令的时间总和。

由于指令功能的不同导致指令周期是不尽相同的。

（取指时间+执行指令时间）

CPU周期：

又称机器周期，CPU访问内存所花的时间较长，因此用CPU从内存读取一条指令字的所需的最短时间来定义。

时钟周期：

通常称为节拍脉冲或T周期。

一个CPU周期包含若干个时钟周期T。

4.方框图语言表示指令周期。

例题1。

知识点：

5.2.7用方框图语言表示的指令周期

方框代表一个CPU周期，方框中的内容表示数据通路的操作或某种控制操作。

菱形通常用来表示某种判别或测试，不过时间上它依附于紧接它的前面一个方框的CPU周期，而不单独占用一个CPU周期。

公操作符号“~”，表示一条指令已执行完毕，转入公操作。

数据缓冲寄存器用来暂时存放由内存储器读出的一条指令或一个数据字；反之，当向内存存入一条指令或一个数据字时，也暂时将它们存放在数据缓冲寄存器中。

指令寄存器用来保存当前正在执行的一条指令。

当执行一条指令时，先把它从内存取到缓冲寄存器中，然后再传送至指令寄存器。

指令寄存器中操作码字段的输出就是指令译码器的输入。

操作码一经译码后，即可向操作控制器发出具体操作的特定信号。

程序计数器用来确定下一条指令的地址。

在程序开始执行前，必须将它的起始地址，即程序的一条指令所在的内存单元地址送入PC；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；当遇到转移指令如JMP指令时，下一条从内存取出的指令将由转移指令来规定，因此程序计数器的结构应当是具有寄存信息和计数两种功能的结构。

地址寄存器用来保存当前CPU所访问的内存单元的地址。

累加寄存器AC通常简称为累加器,其功能是：

当运算器的算术逻辑单元（ALU）执行算术或逻辑运算时，为ALU提供一个工作区。

累加寄存器暂时存放ALU运算的结果信息。

显然，运算器中至少要有一个累加寄存器。

状态条件寄存器保存由算术指令和逻辑指令运行或测试的结果建立的各种条件码内容，如运算结果进位标志（C），运算结果溢出标志（V），运算结果为零标志（Z），运算结果为负标志（N）等等。

例：

用方框图表示ADDA指令周期流程图

例:

　用方框图表示STAB指令周期流程图

课本P139例题1

例1图5.15所示为双总线结构机器的数据通路，IR为指令寄存器，PC为程序计数器（具有自增功能），M为主存（受R/W＃W信号控制）它既存放指令又存放数据，AR为地址寄存器，DR为数据寄存器，ALU由加、减控制信号决定完成何种操作。

双总线结构机器的数据通路

加法和减法指令周期操作流程图

5.4微程序控制器基本思想

概念：

微命令：

控制部件向执行部件发出的各种控制命令叫作微命令，它是构成控制序列的最小单位。

微操作执行部件接受微命令后所进行的操作（微操作在执行部件中是最基本的操作）

微指令：

在机器的一个CPU周期中，一组实现一定操作功能的微命令的组合，构成一条微指令。

微程序：

一系列微指令的有序集合。

相斥性微操作：

不能在同时或不能在同一个CPU周期内并执行的微操作。

相容性微操作：

在同时或在同一个CPU周期内可以并行执行的微操作。

5.4.4微程序设计技术

微程序控制器的组成？

机器指令与微指令的关系？

微命令编码方式？

直接表示法、编码表示法、混合表示法

流水线过程中三种相关冲突：

资源相关、数据相关、控制相关。

第八章：

CPU对外围设备的管理方式：

①程序查询方式、②程序中断方式、③DMA方式、④通道方式。

⑤外围处理机方式