考研日记01-计组 第五章 中央处理器

目录

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

运算器的基本结构：

控制器的基本结构

CPU的基本结构：ALU、寄存器、中断系统、CU

指令周期的数据流

指令的执行过程

指令的周期流程：

 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：

内部总线/系统总线

CPU内部单总线方式：

控制器设计

指令流水线

基本概念

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

影响流水线的因素

流水线的多发技术：

补充：五段式指令流水线

多处理器的基本概念：只会考选择题

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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