北航计算机考研计算机组成原理,北航计算机组成原理讲义.pdf
北航计算机组成原理讲义
计算机组成原理
(2011级)
北航计算机学院 刘旭东© 、肖利民
Tel
Mail :liuxd@buaa.edu.cn
liuxd@act.buaa.edu.cn
第五部分 CPU与控制单元设计
一、CPU的功能与组成
二、数据通路设计
三、指令执行流程分析
四、硬布线控制器设计
五、微程序控制器
六、MIPS数据通路设计
七、流水线技术简介
2
1.1 CPU的功能与组成
CPU的功能:控制指令执行
取指令:从存储器中读出指令
指令地址部件:指明当前要读取的指令在存储器中的地址
指令寄存部件:保存从存储器中取来的指令
分析指令:分析指令的操作性质以及操作对象的位置(地址)
译码部件:对指令进行译码
执行指令:实现指令应该具有的操作功能
控制信号逻辑部件:根据指令的操作性质和操作对象的地址(
译码结果),在时序信号配合下,产生一系列的微操作控制信
号,从而控制计算机的运算器、存储器或输入输出接口等部件
工作,实现指令所表示的功能。
时序部件:提供计算机基准时序信号
3
1.1 CPU的功能与组成
CPU的组成
执行单元( EU-Execution Unit)
运算单元:算术逻辑运算单元(ALU )
寄存器:通用寄存器组(GPRs),标志寄存器(FR,又称程
序状态字PSW),临时寄存器(TR )
控制单元 (CU-Control Unit ):
指令地址部件:程序计数器(PC - Program Counter)
指令寄存部件:指令寄存器(IR - Instruction Register)
译码部件:指令译码器(ID - Instruction Decoder)
微操作控制信号产生部件:产生计算机其他部件所需要的所有
微操作控制信号,有组合逻辑和微程序等实现方式。
时序部件:产生时序信号
内部总线:CPU 内部数据通路(Internal Bus)
4
1.1 CPU的功能与组成
CPU 内部结构(内部 CPU
单总线结构) 微操作控制信号
ALU GR 微操作信号 中
执行单元(EU) 发生器 断
MAR 系
控制单元(CU) A B MBR ID 统
EU PC
寄存器单元 IR CU
中断系统
Intern
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