計算機組成原理第五章(中央處理器CPU)

---恢復內容開始---異步

  • 指令週期(取指令、分析指令到執行完該指令所需的所有時間)
  • 機器週期一般又稱CPU週期
    • 一般把一條指令週期分紅若干個機器週期,每一個機器週期完成一個基本操做
    • 以主存的工做週期(存取週期)爲基礎來規定CPU週期,好比,能夠用CPU讀取一個指令字的最短期來規定CPU週期
    • 不一樣的指令,可能包含不一樣數目的機器週期
    • 一個機器週期中,包含若干個T週期(節拍脈衝或T脈衝)
    • 不一樣的指令,CPU週期規定不一樣
  • 時鐘週期
    • 在一個機器週期內,要完成若干個微操做。這些微操做有的能夠同時執行,有的須要按前後次序串行執行。於是須要把一個機器週期分爲若干個相等的時間段,每個時間段稱爲一個節拍。節拍經常使用具備必定寬度的電位信號表示,稱之爲節拍電位
    • 節拍的寬度取決於CPU完成一次基本的微操做的時間,如:ALU完成一次正確的運算,寄存器間的一次數據傳送等
  • 指令週期(由若干個CPU週期構成,CPU週期由若干個T週期構成)
  • MOV指令的指令週期

 

  • LAD指令的指令週期:設計

  • ADD指令的指令週期:

  • STO指令的指令週期:

  • JMP指令的指令週期:

    • 取值週期
    • 執行週期

5.2總結:blog

1. 一條指令包括一個取指令週期和一個執行指令週期同步

2. 在每一個CPU週期中數據通路是明確的程序設計

3. 數據通路的創建及操做收到操做控制器的控制,固然決定因而什麼指令基礎


時序產生器和控制方式原理

1. 時序信號的做用和體制軟件

  • 時序信號:CPU規定脈衝,有節奏的及其工做,提供的時間標誌。(須要採用多級時序體制)
  • 時序信號是協調各工件工做的同步信號,時間按標誌是用時序信號來體現的。
  • 時序信號的基本體制:電位——脈衝體制

2. 時序信號產生器硬件

  • 硬佈線控制器:採用主狀態週期——節拍電位——節拍脈衝三級體制
  • 微程序控制器:採用節拍電位——節拍脈衝二級體制
    • 利用微程序順序執行來實現爲操做
    • 時序信號產生電路簡單
    • 一個節拍電位包含若干個節拍脈衝,及時鐘週期。節拍電位表示一個CPU週期的時間,而節拍脈衝把一個CPU週期劃分爲若干個較小的事假時間間隔。這些時間間隔能夠相等,也能夠不等。
  • 時序信號產生器功能:產生時序信號
  • 時序信號產生器構成:1. 時鐘源 2. 環形脈衝發生器 3. 節拍脈衝和讀寫時序控制邏輯 4. 啓停控制邏輯
  •  
  • 時鐘脈衝φ的寬度等於節拍脈衝T的寬度
  • 4個節拍脈衝(T週期)構成一個機器週期(CPU週期)
  • 啓停控制邏輯:啓動、中止是隨機的。
  • 當運行觸發器爲「1」時,打開時序電路。(計算機啓動時,必定要從第一個節拍脈衝前沿開始工做)
  • 當運行觸發器爲「0」時,關閉時序產生器。(停機時必定要第四個節拍脈衝結束後關閉時序產生器)

3. 時序控制方式程序

  • 時序控制方式
    • 同步控制方式
      • 徹底統一的機器週期執行不一樣的指令
      • 採用不定長機器週期
      • 中央控制及與局部控制的結合
    • 異步控制方式
      • 每條指令須要多少時間就佔用多少時間
    • 聯合控制方式
      • 大部分指令在固定的週期內完成,少數難以肯定的指令採用異步控制方式
      • 機器週期的 節拍脈衝固定,可是各指令的機器週期數不固定(微程序控制器的採用)

微程序控制器的

1. 微程序控制器原理

  • 微程序設計技術是用軟件方法來設計硬件的技術。
  • 微命令和微操做
    • 一條機器指令是由一個微程序來實現的
    • 控制部件向執行部件發出的各類控制命令叫作微命令,它是構成控制部件的最小單位
    • 微操做:是微命令的操做過程
    • 因爲數據通路的結構關係,微操做可分爲相容的和互斥的兩種
      • 互斥的微操做:是指不能同時或不能在同一個節拍中並行執行的微操做
      • 相容的微操做:是指可以同時或者在同一個節拍內並行執行的微操做。必須各佔一位。
    • 微指令:把在同一個CPU週期內並行執行的微操做控制信息,存儲在控制存儲器裏,稱爲一條微指令
      • 它是微命令的組合,微指令存儲在控制器中的控制存儲器中
      • 一條微指令一般至少包含兩大部分信息:
        • 操做控制字段,又稱微操做碼字段,用以產生某一步操做所需的各個微操做控制信號
          • 某位爲1.代表發微命令
          • 微指令發出的控制信號都是節拍的電位信號,持續時間爲一個CPU週期
          • 微命令信號還要引入時間控制
        • 順序控制字段,又稱微地址碼字段,用以控制產生下一條要執行的微指令地址
    • 微程序
      • 一切微指令的有序集合就是微程序
        • 一段微程序對應一條機器指令
        • 微地址:存放微指令的控制存儲器的單元地址 
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