第5章中央处理机目录考研大纲要求5.1CPU的组成和功能5.1.1CPU的功能5.1.2CPU的基本组成CPU模型图5.1.3CPU中的主要寄存器（1/3）5.1.3CPU中的主要寄存器（2/3）5.1.3CPU中的主要寄存器（3/3）5.1.4操作控制器与时序产生器数据通路的建立5.2指令周期5.2.1指令周期的基本概念关于指令周期一个简单的程序5.2.2MOVR0,R1指令的指令周期MOVR0,R1指令的执行过程演示MOVR0,R1指令周期中的控制信号5.2.3LADR1,6指令的指令周期LADR1,6指令的执行过程演示LADR1,6指令周期中的控制信号5.2.4ADDR1,R2指令的指令周期ADDR1,R2指令的执行过程演示ADDR1,R2指令周期中的控制信号5.2.5STOR2,(R3)指令的指令周期STOR2,(R3)指令的执行过程演示STOR2,(R3)指令周期中的控制信号5.2.6JMP101指令的指令周期JMP101指令的执行过程演示JMP101指令周期中的控制信号5.2.7用方框图语言表示指令周期P139图5.14方框图语言表示的指令周期课本P139【例1】指令周期应包括取指周期和执行周期；执行周期中应首先将R0、R2两寄存器的内容送入ALU的操作数缓冲器中，再执行加法运算；指令ADDR2，R0的执行过程指令周期应包括取指周期和执行周期；取指周期与ADD指令完全相同；执行周期与ADD指令不同之处在于ALU的控制信号为“－”参考上例试写出下列指令的微操作序列计算机的性能指标【例1】某CPU的主频为8MHz，设每个CPU周期平均包括4个时钟周期，且该机平均指令执行速度为1MIPS。【例2】若某机主频为200MHz，每个指令周期平均为2.5个CPU周期，每个CPU周期平均包括2个主频周期。5.3时序产生器和控制方式5.3.1时序信号的作用和体制控制器的时序信号5.3.2时序信号产生器5.3.3控制方式5.4微程序控制器5.4.1微程序控制原理1、微命令和微操作微操作的分类简单运算器数据通路2、微指令和微程序顺序控制部分的P1、P2为判别测试标志；若为00，则顺序寻址微指令；若为01、10，则跳跃寻址微指令。直接地址20~23位顺序寻址时，直接地址即为下一条微指令地址；跳跃寻址时，则要对直接地址修改，得到下条微指令地址；3、微程序控制器原理框图P147图5.23微程序控制器原理框图微程序控制器的工作过程4、微程序举例(R2)-(R3)R2十进制加法指令的微指令5、CPU周期与微指令周期的关系CPU周期与微指令周期关系的例子6、机器指令与微指令的关系【例】设某16位计算机运算器框图如下图(a)所示，其中ALU为16位的加法器(高电平工作)，SA、SB为16位暂存器。4个通用寄存器，其读、写控制功能见下表。控制信号说明RA0RA1/WA0WA1：读写通用寄存器时，选择所读写的寄存器；R/W：寄存器读/写命令；LDSA/LDSB：将数据打入SA/SB的控制信号；SB→ALU：将SB中数据送入ALU的控制信号；→ALU：传送SB的控制信号，并使加法器最低位加1；Reset：清暂存器SB为零的信号；~：一段微程序结束，转入取机器指令的控制信号；要求：用二进制代码写出如下指令的微程序：“ADDR0，R1”指令，即(R0)+(R1)→R1“SUBR2，R3”指令，即(R3)-(R2)→R3“MOVR2，R3”指令，即(R2)→(R3)【例】解答5.4.2微程序设计技术1、微命令编码直接表示法编码表示法（1/2）编码表示法（2/2）2、微地址的形成方法计数器方式多路转移方式【例】已知某计算机采用微程序控制方式，其控存容量为512×32位，微程序可以在控存中实现转移，可控制微程序转移的条件有6个，采用直接编码方式，后继微指令地址采用多路转移方式。3、微指令格式水平型微指令与垂直型微指令比较4、动态微程序设计5.5硬连线控制器硬连线控制器结构方框图5.7流水CPU5.7.1并行处理技术微指令的执行方式5.7.2流水CPU的结构流水计算机系统组成原理示意图执行段的速度匹配问题的解决2、流水CPU的时空图流水CPU的加速比动画演示：5.33.swf3、流水线分类【例1】假设一条指令按取指、分析和执行三步解释执行，请计算下列几种情况下执行完100条指令所需的时间。②仅（K＋1）取指与K执行重叠③（K＋2）取指、（K＋1）分析、K执行重叠【例2】指令流水线有取指(IF)、译码(ID)、执行(EX)、访存(MEM)、写回寄存器堆(WB)五个过程段，共有7条指令连续输入此流水线，时钟周期为100ns。【例2】指令流水线有取指(IF)、译码(ID)、执行(EX)、访存(MEM)、写回寄存器堆(WB)五个过程