《臺(tái)80X86型微型計(jì)算機(jī)的指揮中心-中央處理器》由會(huì)員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《臺(tái)80X86型微型計(jì)算機(jī)的指揮中心-中央處理器(12頁(yè)珍藏版)》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、第一節(jié) 中央處理器的組成和功能,微處理器的組成 處理器中指令的執(zhí)行過(guò)程 控制器的時(shí)序系統(tǒng) 現(xiàn)代控制器(服務(wù)器類(lèi))的幾種新型組成結(jié)構(gòu) IA-32系列控制器的幾種工作模式,第一節(jié) 微處理器(8086)的組成和功能,1、運(yùn)算器:算術(shù)邏輯單元(ALU)和數(shù)據(jù)暫存器 2、控制器: 程序計(jì)數(shù)器PC、指令寄存器 IR、操作控制器、時(shí)序發(fā)生器。 3、寄存器組:14個(gè)16位寄存器按照用途分為四類(lèi) 通用寄存器4個(gè):AX、BX、CX、DX;可分成8個(gè)8位寄存器使用 專(zhuān)用寄存器4個(gè):SP(堆棧指針)、BP、SI、DI 段寄存器4個(gè):CS、DS、SS、ES 指令指針I(yè)P和標(biāo)志寄存器FLAG:進(jìn)位(CF)、溢出(OF)、
2、奇偶(PF)、符號(hào)標(biāo)志位(SF)、輔助進(jìn)位標(biāo)志位(AF)、零標(biāo)志位(ZF) 4、外部引腳 :地址/數(shù)據(jù)總線16條,作為分時(shí)復(fù)用的內(nèi)存和端口的地址/數(shù)據(jù)總線;地址/狀態(tài)線4條,作為地址總線的高4位或者狀態(tài)信號(hào)。控制總線9條,用于對(duì)總線進(jìn)行讀寫(xiě)操作或控制。電源線和地線3條。其他控制線8條,其性能根據(jù)方式控制線MN/MX所處的狀態(tài)決定。,CPU組織原理結(jié)構(gòu)圖(計(jì)算機(jī)組成第二級(jí)原理圖之一),第二節(jié) 控制器的功能與組成,一、功能 取指令: 分析指令:(見(jiàn)75頁(yè)8086/8088指令格式) 得到操作碼 確定數(shù)據(jù)的尋址方式 形成操作數(shù)的有效地址 執(zhí)行指令 根據(jù)操作瑪和操作數(shù)的有效操作地址,按照一定的算法流程
3、,形成微操作序列,分別對(duì)運(yùn)算器、存儲(chǔ)器和輸入輸出設(shè)備進(jìn)行控制,實(shí)現(xiàn)指令確定的功能。 程序和數(shù)據(jù)的輸入及其結(jié)果輸出的功能 隨機(jī)事件的處理功能: 控制器具有接受、響應(yīng)外部設(shè)備中斷的功能。,第二節(jié) 控制器的功能與組成,二、控制器的基本結(jié)構(gòu)(101頁(yè)圖5-1) 1、指令部件 PC 指令寄存器IR 指令譯碼器ID: 操作碼---翻譯---控制電位 形成計(jì)算操作數(shù)有效地址的控制信息 2、時(shí)序部件:產(chǎn)生計(jì)算機(jī)所需要的定時(shí)信號(hào) 脈沖源:產(chǎn)生一定頻率的脈沖信號(hào)作為整個(gè)機(jī)器的時(shí)鐘脈沖(主脈沖、主頻率),是機(jī)器周期、節(jié)拍和工作脈沖的基準(zhǔn)信號(hào) 周期狀態(tài)發(fā)生器(取指周期、訪存周期、執(zhí)行周期、結(jié)束周期) 節(jié)拍發(fā)生器:產(chǎn)生
4、某個(gè)機(jī)器周期所需要的節(jié)拍數(shù),在一個(gè)節(jié)拍中配合工作脈沖完成基本傳送、接收、處理工作。,第二節(jié) 控制器的功能與組成,3、微操作命令序列形成部件:提供執(zhí)行機(jī)器指令所需要的各種基本操作命令信號(hào) 4、總線及其控制邏輯 指令寄存器操作碼的操作信號(hào) 時(shí)序部件提供的時(shí)序信號(hào) 程序狀態(tài)字寄存器的狀態(tài)條件信號(hào) 中斷機(jī)構(gòu)輸出的信號(hào)。 5、中斷機(jī)構(gòu) 中斷及其中斷處理過(guò)程 6、程序狀態(tài)字寄存器PSWR,第二節(jié) 控制器的功能與組成,三、指令的執(zhí)行過(guò)程(103頁(yè)圖5-2) 1、PC設(shè)置初始值:用操作系統(tǒng)程序完成 2、取指令:(PC)MAR、READMM、(MM)---MDR、(MDR)--IR、(PC)+指令字長(zhǎng)--PC
5、3、ID譯碼---產(chǎn)生系列微操作控制信號(hào)(MOP),控制ALU、MM、I/O和本身 4、取操作數(shù)(取決于操作數(shù)的尋址方式): ADDRMAR,或者經(jīng)過(guò)編址運(yùn)算后得到EA后,(EA)---MAR, READMM、(MM)---MDR。 (EA)---PC(ADDR---PC) 5、對(duì)于運(yùn)算類(lèi)指令,(MDR)--ALU,與暫存器中的另一個(gè)運(yùn)算數(shù)在ALU中進(jìn)行運(yùn)算處理,如果是間接尋址則還要經(jīng)過(guò)一個(gè)總線周期才能取到操作數(shù)。 6、對(duì)操作結(jié)果進(jìn)行處理:送往通用寄存器保存,或者是送往目的地址所指出的主存單元中保存(此時(shí)要發(fā)寫(xiě)命令WRITE) 7、繼續(xù)取出下一條指令或停機(jī)執(zhí)行其它任務(wù) 注意:以上的每一個(gè)基本執(zhí)
6、行步驟叫做一個(gè)微操作(微命令),第三節(jié) 控制方式及時(shí)序系統(tǒng),1、同步控制方式:計(jì)算機(jī)的每一步操作都由統(tǒng)一的時(shí)序信號(hào)進(jìn)行同步控制。以最復(fù)雜的微操作所需要的時(shí)間作為統(tǒng)一的節(jié)拍長(zhǎng)度。時(shí)序信號(hào)由機(jī)器周期、節(jié)拍和工作脈沖組成 節(jié)拍:每個(gè)機(jī)器周期由若干微操作(寄存器讀、寫(xiě)、存儲(chǔ)器讀、寫(xiě)、ADD等)組成的,每個(gè)微操作需要的時(shí)間周期叫做節(jié)拍。也稱(chēng)為時(shí)鐘周期,由計(jì)算機(jī)的主頻決定(主頻的倒數(shù))。 工作脈沖:一個(gè)節(jié)拍內(nèi)幾個(gè)工作脈沖(清除寄存器各位的脈沖、打開(kāi)輸入通道的脈沖和數(shù)據(jù)作用觸發(fā)器的置1 S端)。微型計(jì)算機(jī)的使用單脈沖節(jié)拍。 總線周期(機(jī)器周期):CPU從存儲(chǔ)器或者I/O端口存取一個(gè)數(shù)據(jù)所花費(fèi)的時(shí)間。至少包括
7、4個(gè)時(shí)鐘周期,每個(gè)時(shí)鐘周期是一個(gè)T狀態(tài),在4個(gè)T狀態(tài)期間的可以插入一個(gè)或者多個(gè)等待狀態(tài)TW,用以同步CPU和內(nèi)存的反映速度。 指令周期: 2、異步控制方式:節(jié)拍周期長(zhǎng)短不一、由前一個(gè)節(jié)拍的結(jié)束信號(hào)作為自己的起始信號(hào)。 3、聯(lián)合控制方式: 注意:現(xiàn)代微型計(jì)算機(jī)采用改進(jìn)的同步控制方式:中央控制和局部控制,第四節(jié) 控制器的種類(lèi),組合邏輯控制器: 計(jì)算機(jī)執(zhí)行指令的實(shí)質(zhì)就是在時(shí)序信號(hào)的控制下,根據(jù)不同指令的執(zhí)行過(guò)程有序地向控制器各個(gè)部件發(fā)出一組控制信號(hào)(微操作命令序列)的過(guò)程。 組合邏輯控制器設(shè)計(jì) 確定要實(shí)現(xiàn)的指令和指令的功能(105頁(yè)表5.1) 根據(jù)模型機(jī)(圖5.4)的硬件結(jié)構(gòu)畫(huà)指令流程圖(圖5.5)
8、 編制操作時(shí)間表(圖5.6和表5-2和表5-3) 微操作組合 設(shè)計(jì)控制電路,流水線技術(shù),串行指令執(zhí)行過(guò)程 指令串行執(zhí)行的時(shí)空關(guān)系(流水方式:指令的預(yù)?。?超標(biāo)量技術(shù),在指令流水技術(shù)的基礎(chǔ)上,超標(biāo)量技術(shù)是在一個(gè)處理機(jī)中設(shè)置多個(gè)獨(dú)立的功能部件,稱(chēng)為多操作部件處理機(jī)或超標(biāo)量處理機(jī)。在超標(biāo)量計(jì)算機(jī)的CPU中,設(shè)置兩條或兩條以上的流水線,具有多個(gè)執(zhí)行部件。在IA-32CPU中,就引入了此種技術(shù)。 Pentium CPU有雙路超標(biāo)量 P6有三路超標(biāo)量。,超線程技術(shù)(HT),一個(gè)物理CPU作為兩個(gè)或兩個(gè)以上的邏輯CPU使用。提高CPU執(zhí)行速度的方法就是采用超標(biāo)量技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 邏輯CPU:結(jié)構(gòu)狀態(tài)(寄存器全集:通用寄存器、標(biāo)志寄存器、段寄存器、指令指針寄存器、控制寄存器等) 雙核CPU:雙核處理器是指在一個(gè)處理器上集成兩個(gè)運(yùn)算核心,從而提高計(jì)算能力 。,