“21天好习惯”第一期-8

计算机组成原理–中央处理器

中央处理器的结构

中央处理器（CPU）包括运算逻辑部件、寄存器部件和控制部件。中央处理器从存储器或高速缓冲存储器中取出指令，放入指令寄存器，并对指令译码。它把指令分解成一系列的微操作，然后发出各种控制命令，执行微操作系列，从而完成一条指令的执行。指令是计算机规定执行操作的类型和操作数的基本命令。
##指令周期与时序产生器

指令周期

计算机所以能自动地工作，是因为CPU能从存放程序的内存里取出一条指令并执行这条指令；紧接着又是取命令，执行命令·····如此周而复始，构成了一个封闭的循环。除非遇到停机指令，否则这个循环将一直继续下去。
指令周期：CPU从内存取出一条指令并执行这条指令的时间总和。
CPU周期：又称机器周期，CPU访问一次内存所花的时间较长，因此用内存读取一条指令最短时间来定义。
时钟周期：通常称为节拍脉冲或T周期。一个CPU周期包含若干个时钟周期。

时序产生器

CPU中一个类似“作息时间”的东西，使计算机可以准确、迅速、有条不紊地工作。机器一旦被启动，即CPU开始取指令并执行指令时，操作控制器就利用定时脉冲的顺序和不同的脉冲间隔，有条理、有节奏地指挥机器的动作，规定在这个脉冲到来时做什么，在那个脉冲到来时做什么，给计算机各部分提供工作所需的时间标志。

微程序控制与设计

在计算机中，一条指令的功能是通过按一定次序执行一系列基本操作完成的，这些最基本的控制命令称为微操作。

微程序控制简介

1951年，剑桥大学的教授M.V.Wilkes最先提出了微程序设计的思想：将机器中的每一个指令编写成一个微程序，每一个微程序含有若干条微指令，每一条微指令对应一个或多个微操作。指令对应的微程序设计好之后，将其保存到一个控制器中，控制存储器用来存储实现全部指令系统的微程序，机器运行时，一条又一条地读出这些微指令，从而产生全机所需要的各种微操作控制信号，使相应部件执行所规定的操作。
微程序式控制的核心时存储微程序的控制存储器，由于每个微程序包含一个或多个微指令，在其执行过程中，必然要对控制器频繁地访问，因此要求控制存储器有较快的访问速度。

微指令简介

微指令：在微程序控制的计算机中，将由同时发出的控制信号所执行的一组微操作称为微指令。将一条指令分成若干条微指令，按次序执行这些微指令，就可以实现指令的功能、组成微指令的微操作，又称微命令。
一次能定义并执行多个并行操作微命令的微指令，叫做水平型微指令，水平型微指令的一般格式如下：控制字段，判别测试字段，下地址字段。

微程序控制器

采用微程序控制方式的控制器称为微程序控制器，所谓微程序控制器方式是指微命令不是由组合逻辑电路产生的，而是由微指令译码产生的。一条机器指令往往分成几步执行，将每一步操作所需的若干位命令以命令以代码形式编写在一条微指令中，若干条微指令组成一段微程序，对应一条机器指令。在设计CPU时，根据指令系统的需要，事先编制好各段微程序，且将它们存入一个专用存储器（称为控制存储器）中。
微程序控制器主要由控制存储器、微指令寄存器和地址转移逻辑3大部分组成。

1控制存储器

控制存储器用来存放实现全部指令系统的微程序，它是一种只读存储器。一旦微程序固化，机器运行时则只读不写。

2微指令寄存器

微指令寄存器用来存放由控制存储器读出的一条微指令信息。其中微地址寄存器决定将要访问的下一条微指令的地址，而微命令寄存器则保存一条微指令的操作控制地段和判别测试字段的信息。

3地址转移逻辑

在一般情况下，微指令由控制存储器读出后直接给出下一条微指令的地址，通常我们简称微地址，这个微地址信息就存放在微地址寄存器中。

思考题

用二进制码表示的指令和数据都放在内存里，那么CPU是怎样识别出它们是数据还是指令呢？