PPT《第三章 计算机核心部件及其 工作原理》

0000001010 000011

2 乘a得ax-〉ACC

0000001001 000100

1 取x送至ACC

0000001000 000001

0 地址 操作码 注释 指令指令和数据存于主存单元的地址 使用系统总线的CPU ALU CU 寄存器 中断系统 CPU 控制总线 数据总线 地址总线 使用系统总线的CPU CPU的寄存器 CPU的寄存器用户可见的寄存器通用寄存器数据寄存器地址寄存器条件代码寄存器 CPU的寄存器 控制和状态寄存器MAR 存储器地址寄存器MDR 存储器数据寄存器PC 程序计数器IR 指令寄存器 AXBXCXDX 通用寄存器 SPBPSIDI 指针和变址 CSDSSSES 段IPF 程序状态 8086微处理器寄存器的组织 细化的计算机组成框图 ACC ALU X MQ 运算器 CU控制单元 … IR PC 控制器 CPU 存储体 MDR MAR 主存储器 I/O CPU的功能(控制器的功能) CPU的功能(控制器的功能)取指令分析指令执行指令 CPU的控制单元 CPU的控制单元指令周期的基本概念CPU每取出并执行一条指令所需的全部时间叫指令周期 取指阶段 执行阶段 取指周期(取指、分析) 执行周期执行指令 指令周期 CPU的控制单元 指令周期的比较 取指周期 指令周期 无条件转移指令 JMP X 取指周期 指令周期 加法指令 执行周期 取指周期 指令周期 执行周期 乘法指令 CPU的控制单元 机器周期:完成一个基本的操作如读或写等所需要的时间时钟周期(节拍、状态)在一个机器周期里可以完成若干个微操作,每个微操作都需要一定的时间,可以用时钟信号来控制产生每一个微操作命令.这样一个机器周期内就包含了若干个时钟周期,又称节拍或状态. CPU的控制单元 Φ 机器周期T T1 T2 … Tn T1 T2 … Tn 机器周期M1 机器周期M2 指令周期(包括1~n个机器周期) CPU的控制单元 微操作信号的产生电路设计方法数字逻辑设计方法微程序设计方法 流水线技术 如何提高整机的处理能力提高器件的性能改进系统的结构,开发系统的并行性 流水线技术 流水线结构取指令,微处理器从高速缓存或内存中取一条指令指令译码,分析指令操作数地址生成,针对访存指令,要访问存储器中的操作数,需形成操作数的地址取操作数,针对形成的存储器的地址,指令取操作数执行指令,由ALU执行指令规定的操作 流水线技术 写回运算结果,最后运算结果存放至某一内存单元或某一通用寄存器修改指令指针,指向下一条指令 流水线技术 取指令1 执行指令1 取指令2 执行指令2 …… 指令的串行执行 CPU 总线 时间 取指1 执行1 写数1 取指2 执行2 取指3 忙忙忙忙总线的使用情况 流水线技术 取指令1 执行指令1 取指令2 执行指令2 取指令3 执行指令3 指令的二级流水 流水线技术 二级流水不能使执行效率加倍指令的执行时间一般大于取指时间,因此,取指阶段可能要等待一段时间.遇到转移指令,下一条指令是不可知的,因为必须要等到执行阶段结束之后,才能知道条件是否成立,从而决定下一条指令的地址,造成了时间上的浪费. 流水线技术 WO EI FO CO DI FI 指令3 WO EI FO CO DI FI 指令2 WO EI FO CO DI FI 指令1

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6 5

4 3

2 1 FI C 取指令 DI C 指令译码 CO C 计算操作数地址FO C 取操作数 EI C 执行指令 WO C 写操作数 流水线技术 流水线种类指令流水线结构 取指令 指令译码 地址形成 取操作数 操作执行 写操作数 改指令指针 流水线技术 数据(运算)流水线 对阶 锁存器 尾数相加 锁存器 规格化 锁存器 流水线技术 影响流水线性能的因素访存冲突相关问题控制相关数据相关 流水线技术 流水线中的多发技术超标量技术(Super Scalar)每个时钟........