計算機組成原理基礎知識-CPU的結構和功能

七.CPU的結構和功能

--CPU必須具有的功能：

　　指令控制：控制程序的順序執行

　　操做控制：產生完成每條指令所需的控制命令

　　時間控制：對各類操做加以時間上的控制

　　數據加工：對數據進行算術運算和邏輯運算

　　處理中斷：處理產生的中斷

--CPU的寄存器

　　用戶可見寄存器：通用寄存器、數據寄存器、地址寄存器、條件碼寄存器

　　控制和狀態寄存器：MAR（存儲地址寄存器）、MDR（存儲數據寄存器）、PC（程序計數器）、IR（指令寄存器）

--控制單元：提供完成計算機所有指令操做的微操做命令序列部件

　　現代計算機中微操做命令序列的造成方法：一種是組合邏輯設計方法，爲硬連線邏輯，另外一種是微程序設計方法，爲存儲邏輯

　中斷系統：用於處理計算機的各類中斷

--指令週期：CPU每取出並執行一條指令所需的所有時間

　　取指週期：取指階段完成取指令和分析指令的操做

　　執行週期：執行階段完成執行指令的操做

--指令流水

　　影響流水線性能的因素：結構相關、數據相關、控制相關

　　　　結構相關：當多條指令進入流水線後，硬件資源知足不了指令重疊執行的要求時產生的

　　　　數據相關：指令在流水線中重疊執行時，當後繼指令須要用到前面指令的執行結果是發生的

　　　　控制相關：當流水線遇到分支指令和其餘改變PC值的指令時引發的

　　流水線性能：吞吐率、加速比、效率

　　　　吞吐率：單位時間內流水線所完成指令或輸出結果的數量

　　　　加速比：指m段流水線的速度與等功能的非流水線的速度之比

　　　　效率：流水線中各功能段的利用率

　　流水線的多發技術：超標量技術、超流水線技術、超長指令字技術

--中斷系統

　　引發中斷的因素：人爲設置的中斷、程序性事故、硬件故障、I/O設備、外部事件

　　中斷判優：硬件排隊、軟件排隊

　　中斷服務程序入口地址的尋找：硬件向量法、軟件查詢法

　　中斷響應

　　　　響應條件：當EINT（中斷觸發器）=1，且有中斷請求（即中斷請求標記觸發器INTR=1）時，CPU能夠響應中斷

　　　　中斷隱指令：保護程序斷點、尋找中斷服務程序的入口地址、關中斷

　　保護現場：保護程序斷點和保護CPU內部各寄存器內容的現場兩個方面

　　恢復現場：在中斷返回前，必須將寄存器的內容恢復到中斷處理前的狀態

　　中斷屏蔽技術：主要用於多重中斷。

　　　　屏蔽技術：

　　　　　　屏蔽觸發器：對應每一箇中斷請求觸發器就有一個屏蔽觸發器，將全部的屏蔽觸發器組合在一塊兒，便構成一個屏蔽寄存器

　　　　　　屏蔽字：屏蔽寄存器的內容稱爲屏蔽字，屏蔽字與中斷源的優先級別是一一對應的

　　　　採用了屏蔽技術後，在中斷服務程序中需設置新的屏蔽字，如圖