第5章中央处理器介绍CPU的功能和组成；通过具体例子介绍指令周期的概念，深入了解指令的执行过程；简单介绍时序产生器和控制方式；详细介绍微程序控制器的原理和设计技术；简单介绍硬布线控制器的设计思想；了解传统CPU的结构的基础上，进一步了解流水CPU、RISCCPU、多媒体CPU等先进的计算机科学技术。5.1CPU的功能和组成CPU是利用大规模集成电路技术，把运算器和控制器集成在一片芯片上，是微型计算机中的运算控制部件，它本身不具备微型计算机硬件的全部功能，即其本身不构成独立工作系统，因此它不能独立地执行程序。CPU其主要任务是执行指令序列，对系统的各个部件进行统一的协调和控制。通常由算术逻辑部件（ALU）、控制部件、寄存器组等几部分组成。1、CPU的功能2、CPU的基本组成3、CPU中的主要寄存器94、CPU操作控制器与时序产生器5.2指令周期各种周期的动态演示1、指令周期的基本概念142、几种典型指令周期分析——CLA取指令周期执行周期几种典型指令周期分析（ADD）1920ADD指令的指令周期几种典型指令周期分析（STA）STA指令的指令周期几种典型指令周期分析（NOP和JMP）26几种典型指令周期分析3、用方框图语言表示指令周期29指令周期分析及方框图表示示例315.3时序产生器和控制方式一、时序信号的作用和体制（1）一、时序信号的作用和体制（2）二、时序信号产生器3637节拍电位与节拍脉冲时序关系图39三、控制方式（1）三、控制方式（2）5.4微程序控制器主要内容：一、基本概念：微命令和微操作微指令和微程序二、微程序控制器原理三、微程序设计举例四、两种关系：CPU周期与微指令周期的关系机器指令与微指令的关系一、微命令和微操作（1）一、微命令和微操作（2）46二、微指令和微程序48三、微程序控制器原理50四、微程序设计举例举例：设计“十进制加法”运算指令的微程序:仍以运算器为例，并假设参加运算的两个十进制数已经分别存入寄存器R1、R2中，要调整的数据6放到R3寄存器中：首先确定实现“十进制加法”运算的算法，根据算法画出指令流程.算法:（1）R1+R2存入R2；（2）R2+R3存入R2；（3）测试进位标志CY，若CY=0，表示不该加6，需要将R2-6后存入R2；若CY=1，表示该加6，R2中就是十进制运算结果。（指令流程也是微程序的一种表示形式）第二步确定微指令的格式：按前面已经给出一种微指令的格式。（实际上微指令的格式及如何编码都有很多种方法，这里给出的是一种比较直观的方法（直接表示法），5.5节将详细介绍多种设计方法。）根据每一条微指令所需要控制信号和微指令的格式分别写出四条微指令的编码。将上述四条微指令按顺序排列构成“十进制加法”的微程序（编码形式）。五、CPU周期与微指令周期的关系六、机器指令与微指令的关系575.5微程序设计技术一、微命令编码二、微地址形成的方法（1）二、微地址形成的方法（2）三、微指令格式（1）三、微指令格式（2）三、微指令格式（3）四、动态微程序5.6硬布线控制器硬布线控制器设计（1）硬布线控制器设计（2）5.7传统CPU简介5.7流水CPU简介一、并行处理技术二、流水CPU的结构流水CPU的时空图三、流水线中的主要问题四、奔腾CPU5.9RISCCPU5.10多媒体CPU一、多媒体技术的主要问题二、MMX技术三、动态执行技术实验:实验计算机的设计实验:实验计算机的设计Pentium4的逻辑结构Pentium4处理器的逻辑结构Pentium4处理器的芯片布局Pentium4的寄存器组Pentium4的超标量结构运算器采用超标量（superscalar）结构，一共包含9个ALU，均可同时工作：2个高速整数ALU(每个时钟周期进行2次操作)，用于完成简单的整数运算(如加、减法)1个慢速整数ALU(需要多个时钟周期才能完成1次操作)，用于完成整数乘、除法运算2个地址生成部件（AGU），用于计算操作数的有效地址，所生成的地址分别用于从内存取操作数或向内存保存操作结果1个ALU用于完成浮点操作数地址的计算1个ALU用于完成浮点加法、乘法和除法运算1个ALU用于执行流式的SIMD处理（SSE/SSE2/SSE3指令）1个ALU用于完成多媒体信号处理（MMX指令）T超流水线(Hyper-pipeline)技术指令流水线的效果指令预取和分支预测Pentium的64位扩展技术(EM-64T)超线程(Hyper-Threading,HT)技术双核处理器出现的背景双核处理器影响CPU性能的主要因素(之一)影响CPU性能的主要因素(之二)PipeliningandParallelProcessingIntel微处理器主要技术参数比较关于CPU的兼容性小结：Pent