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CPU的功能：指令控制、操作控制、时间控制、数据加工、中断处理
CPU的功能和基本结构
CPU的功能：指令控制、操作控制、时间控制、数据加工、中断处理
运算器功能：对数据进行加工
控制器功能：协调并控制计算机各部件执行程序的指令序列
基本功能包括取指令、分析指令、执行指令
运算器的基本结构：
1.算数逻辑单元：进行算数、逻辑运算
2.通用寄存器组：用于存放操作数（包括源操作数、目的操作数及中间结果）和各种地址信息。
3.暂用寄存器：用于暂存从主存读来的数据，对应用程序员是透明的。
4.累加寄存器：用于暂时存放ALU运算结果的信息，可作为加法运算的一个输入端
5.程序状态字寄存器：保留由算数逻辑运算指令或测试指令的结果而建立的各种状态信息。溢出、符号、零、进位
6.移位器
7.计数器
控制器的基本结构
控制器有硬布线控制器和微程序控制器两种类型。
1.程序计数器PC：用于指出下一条指令在主存中的存放地址
2.指令寄存器IR：用于保存当前正在执行的那条指令
3.指令译码器：仅对操作字段进行译码
4.微操作信号发生器
5.时序系统
6.存储器地址寄存器MAR
7.存储器数据寄存器MDR
CPU的基本结构：ALU、寄存器、中断系统、CU
用户可见的寄存器：通用寄存器、程序状态寄存器PSW、程序计数器PC
用户不可见的寄存器：MAR、MDR、IR、暂存寄存器
指令周期的数据流
指令的执行过程
指令周期：CPU从主存中每取出一条指令所需的全部时间。
时钟周期－>机器周期－>指令周期
时钟周期又称节拍、T周期或CPU时钟周期，它是CPU操作的最基本单位
每个指令周期内机器周期数可以不等，每个机器周期内的节拍数也可以不等
指令的周期流程：
四个周期都有CPU访存操作，只是访存的目的不同。
取指周期：取指令
间址周期：取有效地址
执行周期：取操作数
中断周期：保存程序断点
取指周期：
1.(PC)->MAR
2.1->R
3.M(MAR)->MDR
4.(MDR)->IR
5.(PC)+1->PC
间址周期：
1.将地址码送入MAR Ad(IR)->MAR 或 Ad(MDR)->MAR
2.1->R
3.M(MAR)->MDR
4.(MDR)->Ad(IR)
中断周期：
中断：暂停当前的任务去完成其他任务。为了能够恢复当前任务，需要保存断点。一般使用堆栈来保存断点，这里使用SP表示栈顶地址，假设SP指向栈顶元素，进栈操作是先修改指针，后存入数据。
1.CU控制将SP减1，修改后的地址送入MAR
2.1->W
3.(PC)->MDR
4.向量地址->PC
指令执行方案：1.单指令周期2.多指令周期3.流水线方案
数据通路：数据在功能部件之间的传送路径
数据通路的基本结构：
1.CPU内部单总线方式：在同一时刻，只允许两个部件之间进行数据交换
2.CPU内部多总线方式
3.专用数据通路方式
内部总线/系统总线
CPU内部单总线方式：
1.寄存器之间数据传送
2.主存与CPU之间的数据传送
3.执行算数或逻辑运算
专用通路结构
控制器设计
硬布线控制器：微操作控制信号由组合逻辑电路根据当前的指令码、状态和时序，即时产生
微程序控制器：采用“存储程序”的思想，CPU出厂前将所有指令的“微程序”存入“控制器存储器”中
微程序控制器的基本原理
指令流水线
基本概念
指令流水定义
| 顺序执行方式 | 控制简单，硬件代价小 | 执行指令的速度较慢，在任何时刻，处理机中只有一条指令在执行，各功能部件的利用率很低 |
| 一次重叠执行方式 | 程序的执行时间缩短了1/3,各功能部件的利用率明显提高 | 需要付出硬件上较大开销的代价，控制过程也比顺序执行复杂了 |
| 二次重叠执行方式 |
流水线的表示方法
流水线的性能指标：1.吞吐率2.加速比3.效率
1.吞吐率
2.加速比：完成同样一批任务，不使用流水线的时间与使用流水线所用的时间之比
3.效率：流水线的设备利用率
影响流水线的因素
1.结构相关（资源冲突）：由于多条指令在同一时刻争用同一资源而形成的冲突
解决方法：
1.后一相关指令暂停一周期
2.资源的重复配置：数据寄存器+指令寄存器
类似于操作系统的互斥
2.数据相关（数据冲突）:在同一个程序中，存在必须等前一条指令执行完才能执行后一条指令的情况
解决办法：
1.暂停相关指令：硬件阻塞 ， 软件插入“NOP”
2.数据旁路技术 3.编译优化：通过编译器调整指令顺序来解决数据相关
3.控制相关（控制冲突）当流水线遇到转移指令和其他改变PC的值得指令而造成的断流时，会引起控制相关
解决办法：
1.转移指令分支预测：简单预测、动态预测
2.预取转移成功和不成功两个控制流方向上的目标指令
3.加快和提前形成条件码
4.提高转移方向和猜准率
流水线的分类：看看得了
流水线的多发技术：
1.超标量技术
2.超流水技术
3.超长指令字
补充：五段式指令流水线
我还没太体会到知道这玩意儿有啥用。。。。。
多处理器的基本概念：只会考选择题
S单 M多
加图
硬件多线程的基本概念：只考选择题
错题：
5.1
1. 下列不属于控制器的是（程序状态寄存器）
属于的是指令寄存器、程序计数器、时序电路
2.通用寄存器是可编程指定多种功能寄存器
7.在CPU的寄存器中，指令寄存器对用户是透明的
9.PC的值由CPU在执行指令的过程中进行修改
10
19.CPU中不包括地址译码器。地址译码器是主存等存储器的组成部分，其作用是根据输入的地址码唯一选定一个存储单元。
20.间址周期结束时，CPU内寄存器MDR中的内容为操作数地址
21.汇编程序员可见的是程序计数器，即汇编语言程序员通过汇编程序可以对某个寄存器进行访问。汇编程序员可以通过指定待执行指令的地址来设置PC的值，如转移指令、子程序调用指令等。
而IR、MAR、MDR是CPU的内部工作寄存器，对程序员不可见。
5.2
2.
指令周期：CPU从主存中每取出冰执行一条指令所需的全部时间
时钟周期：通常称为节拍或T周期，它是CPU操作的最基本单位
CPU周期也称机器周期，一个机器周包含若干个时钟周期
存取周期：是指存储器进行两次独立的存储器操作（连续两次读或写）所需要的最小间隔时间。
7.取指操作是自动进行的，控制器不需要得到相应的指令
13.中断周期用于响应中断，若有中断，则在指令的执行周期后进入中断周期
14.不同长度的指令，其取指操作可能是不同的。
5.6
1.流水CPU是一种非常经济而实用的时间并行技术
2.超标量通过内置多条流水线来同时执行多个处理器，其实质是以空间换取时间
4.流水CPU是由一系列称为“段”的处理线路组成的。一个m段流水线稳定时的CPU的吞吐能力，与m个并行部件的CPU相比，（具有同等水平的吞吐能力）。
11.在书上
注意：
常规标量单流水线处理机
4级指令流水线
19.不要看答案那个图
找存在数据冒险－>说明这两条指令应该同时访问内存或寄存器－>找到有同一个寄存器的
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