电子计算机组成原理 学习笔记 第七章 CPU组织

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中央处理器CPU 由 运算器 和 控制器 组成。

控制器的功能

对指令流的控制

  1. 指令流出的控制
  2. 指令分析和执行的控制
  3. 指令流向的控制

对数据流的控制

控制器的组成

1.指令部件

  • 1）程序计数器PC（Programming Counter）又称指令计数器，用来存放正在执行的指令的地址或接着要执行的下条指令的地址
  • 2）指令寄存器IR（Instruction Register） 用来存放从存储器中取出的待执行的指令
  • 3）指令译码器ID（Instruction Decoder）又称操作码译码器或指令功能分析解释器
  • 4）地址形成部件

2.时序部件

  • 1）脉冲源 用来产生具有一定频率和宽度的时钟脉冲信号，为整个机器提供基准信号。
  • 2）启停控制逻辑 根据计算机的需要，可靠地开放或封锁脉冲，控制时序信号的发生或停止，实现对整个机器的正确启动或停止。
  • 3）节拍信号发生器 又称脉冲分配器。脉冲源产生的脉冲信号，经过节拍信号发生器后生产出各个机器周期中的节拍信号，用以控制计算机完成每一步微操作。

3.微操作序列形成部件

一条指令的取出和执行可以分解成很多最基本的操作，这种最基本的不可再分割的操作成为微操作。

4.中断控制逻辑控制器的硬件实现方式

控制器的输入是机器指令代码，输出是微操作控制信号，因此微操作序列形成部件是控制器的核心。

  1. 组合逻辑型
  2. 存储逻辑型
  3. 组合逻辑和存储逻辑结合型

时序系统与控制方式

时序系统的功能是为指令的执行提供各种定时信号。

指令周期是指取指令、分析指令到执行完该指令所需的全部时间。

机器周期又称CPU周期，

节拍：在一个机器周期内，要完成若干个微操作。这些微操作有的可以同时执行，有的需要按先后次序串行。因而需要把一个机器周期分成若干个相等的时间段，每一个时间段对应一个电位信号，称为节拍电位信号。

  1. 统一节拍法
  2. 分散节拍法
  3. 延长节拍法

  4. 时钟周期插入控制方式

  5. 同步控制方式 固定时序控制方式。 2.异步控制方式 可变时序控制方式。

  6. 联合控制方式 

寄存器

  1. 通用寄存器
  2. 专用寄存器

### 指令执行的基本过程

  1. 取指令
  2. 分析指令
  3. 执行指令

### 加速指令执行的方法

  1. 指令的预取
  2. 重叠控制
  3. 先行控制原理

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