6第五章中央处理器
10页1、第五章中央处理器一、CPU 的功能和组成CPU : 所谓中央处理器是控制计算机来自动完成取出指令和执行指令任务的部件。它是计算机的核心部件,通常简称为CPU 。CPU的基本组成(中央处理器)由两个主要部分: 控制器、运算器(一)控制器:-是发布命令的“决策机构”,即完成协调和指挥整个计算机系统的操作。包括:程序计数器 (PC) 指令寄存器 (IR) 指令译码器时序产生器操作控制器主要功能:从内存中取出一条指令,并指出下一条指令在内存中的位置。对指令进行译码或测试,并产生相应的控制信号。输出相应的控制信号,指挥并控制CPU ,内存和I/O 之间的数据流动的方向。(二)运算器-是数据加工处理部件。运算器接受控制器的命令而进行动作,即运算器所进行的全部操作都是由控制器发出的控制信号来指挥的,所以它是执行部件。包括:算术逻辑单位(ALU )累加寄存器( AC )数据缓冲寄存器(DR) 状态条件寄存器(PSW) 主要功能:执行所有的算术运算。执行所有的逻辑运算,并进行逻辑测试。( 三)CPU的主要寄存器1.累加寄存器AC( AC 通常简称为累加器。)功能是:当运算器的算术逻辑单元(ALU )执行
2、全部算术和逻辑运算时,为ALU 提供一个工作区。 累加寄存器暂时存放ALU 运算的结果信息。 显然,运算器中至少要有一个累加寄存器。2.指令寄存器IR 指令寄存器用来保存当前正在执行的一条指令。存放从内存中取出的指令;其中指令的操作码送到指令译码器,译码后输出控制信号。3.程序计数器PC 程序计数器中存放的是下一条指令在内存中的地址。若程序顺序执行:PC - PC+1 ;若程序有跳转:PC-PC+偏移地址。4.状态条件寄存器PSW 状态条件寄存器保存由算术指令和逻辑指令运行或测试的结果建立的各种条件码内容,同时状态条件寄存器还保存中断和系统工作状态等信息,以便使CPU 和系统能及时了解机器运行状态和程序运行状态。因此,状态条件寄存器是一个由各种状态条件标志拼凑而成的寄存器。O 溢出D 方向I 中断允许T 追踪S 符号Z 零A 辅助进位P 奇偶C 进位5.地址寄存器AR 地址寄存器用来保存当前CPU 所访问的内存单元的地址。由于在内存和CPU 之间存在着操作速度上的差别,所以必须使用地址寄存器来保持地址信息,直到内存的读/写操作完成为止。6. 缓冲寄存器DR 缓冲寄存器用来暂时存放由内存
3、储器读出的一条指令或一个数据字;反之, 当向内存存入一条指令或一个数据字时,也暂时将它们存放在缓冲寄存器中。 (四) CPU的功能(1)指令控制:程序是指令的有序集合,保证机器按规定的顺序执行程序。(2)操作控制:CPU管理并产生由内存取出的每条指令的操作信号,并把各种操作信号送往相应的部件,从而控制这些部件按指令的要求进行动作。(3)时间控制:对各种操作实施时间上的控制,计算机中各种指令的操作信号均受到时间的严格控制。(4)数据加工:对数据进行算术运算和逻辑运算处理。完成数据的加工处理,这是CPU的根本的任务。(五)指令周期1. 冯. 诺依曼结构的计算机执行程序的顺序:从程序首地址开始。分步执行每一条指令,并形成下条待执行指令的地址。自动地连续执行指令,直到程序的最后一条指令。2. 指令周期- 读取指令指令地址送入主存地址寄存器读主存,读出内容送入指定的寄存器- 分析指令- 按指令规定内容执行指令不同指令的操作步骤数和具体操作内容差异很大- 检查有无中断请求若无,则转入下一条指令的执行过程指令周期的基本概念指令周期 :CPU每取出并执行一条指令,都要完成一系列的操作,这一系列操作所需
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