CPU的功能和组成

CPU的功能

• 指令控制(程序的顺序控制)
  （按照程序的顺序，正确取出一条指令，取指令，分析指令）
• 操作控制(一条指令有若干操作信号实现)
  （怎么分解，例如 i+j，要怎么取i，怎么取j，对其他部件的控制）
• 时间控制(指令各个操作实施时间的定时)
• 数据加工(算术运算和逻辑运算)——ALU完成
  （执行指令的过程中进行加减乘除，逻辑运算等）

CPU的基本组成

• 中央处理器CPU=运算器+控制器

控制器

• 控制器的主要功能:

  指令的获取（指令控制）
  指令的译码（指令是干什么的）或测试，并产生相应的操作控制信号（操作控制）
  各个操作实施时间的定时（时间控制）
  控制数据流动方向（读/写）
  

  • 1
  • 2
  • 3
  • 4

• 控制器的组成:程序计数器（PC）、指令寄存器、指令译码器、时序发生器、操作控制器等
  
  PC先通过地址线到内存中把指令取出来，指令通过数据线到指令寄存器（IR），指令译码器完成对指令的分析。
  CPU的起点为PC，先去取指令

CPU的主要寄存器

• 通用寄存器（可以存在中间结果）例如下图的R_0...
• 暂存器
• 地址缓冲寄存器(AR)、数据缓冲寄存器(DR)
• 指令寄存器(IR)（暂存从内存中取出来的指令）
• 程序计数器(PC)（存放下一条指令的地址）
• 程序状态寄存器(PSW)
  
• 图中为只有一组总线的单总线结构,一次只能传送一个数据，ADD R_0 R_1，ALU不能存数据，所以需要暂存器将先取出来的数据保存一下下。
• 暂存器和寄存器的区别：暂存器对程序员是透明的，寄存器对程序员可见，可以对它操作。
• AR/MAR:地址缓冲寄存器，DR/MDR :数据缓冲寄存器（位于CPU和内存的中间）,作用，中转站，补偿速度差别。
  

其他寄存器

• 指令译码器ID(Instruction Decoder)
  • 指令中的操作码经译码后才能识别出是一条怎样的指令.
  • 译码器经过对指令进行分析和解释，产生相应的控
    制信号
• 地址形成部件
  • 根据指令的不同寻址方式，用来形成操作数的有效地址
  • 指令流向的控制，即下条指令地址的形成控制
• 时序产生器
  • 机器周期、工作节拍、脉冲及启停控制线路
  • 由脉冲源产生一定频率的脉冲信号作为整个机器的时钟脉冲
• 微操作信号发生器（控制器的核心）
  • 根据指令部件提供的操作信号、时序部件提供的时序信号、被控制功能部件所反馈的状态及条件综合形成真正控制各部件工作的微操作信号
    

时序产生器

• 时序产生器:提供定时和时序信号
• 时序产生器的作用:
  • CPU中 的控制器用它指挥机器的工作
  • CPU可 以用时序信号/周期信息来辨认从内存中取出的是指令(取指)还是数据(执行)
    ●一个CPU周期中时钟脉冲对CPU的动作有严格
    的约束
    操作控制器发出的各种信号是时间(时序信号)
    和空间( 部件操作信号)的函数

三级时序系统

• 机器周期:指令执行过程中相对独立的阶段（若干个节拍组成一个机器周期）
• 节拍:组成机器周期的时间区间（若干个脉冲组成一个节拍）
• 时钟脉冲：时序系统的基本定时信号
  
  指令周期：取指令开始到执行指令结束
  图片表示内容解析：
  一个指令周期分成了3个机器周期，1个机器周期中有4个节拍（时钟周期）1个节拍内有1个脉冲（一个虚线）

二级时序系统

时序产生器

• 脉冲发生器

控制器的控制方式

控制不同操作序列时序信号的方法（时间)

• 同步控制方式：各个操作由统一的时序信号进行同步控制
  ●完全统一的机器周期执行各种不同的指令
  ●采用不定长机器周期(延长机器周期)
  ●中央控制与局部控制的结合
• 异步控制方式:无统一周期、 节拍，各个操作间采用应答方式衔接
• 联合控制方式:功能部件内部采用同步方式，在功能部件之间采用异步方式

根据微操作信号发生器的组成方式不同

• 组合逻辑型(硬布线控制器)
  组合逻辑控制器，微操作信号发生器由门门电路组成
• 存储逻辑型(微程序控制器)
  微程序控制器，把微操作信号代码化，存入控制存储器中
• 组合逻辑与存储逻辑结合型
  PLA控制器

转载:https://blog.csdn.net/olivia12344321/article/details/106823299