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课件网) 第6章 控 制 器 6.1 CPU的功能和组成 6.2 控制器的时序系统和控制方式 6.3 指令流程图 6.4 微程序控制器 6.5 组合逻辑控制器 6.6 门阵列控制器 6.7 流水线处理技术 6.8 多媒体技术 6.9 典型CPU简介 关联 习题 6.1 CPU的功能和组成 6.1.1 CPU的功能 CPU由运算器和控制器两大部分组成，其基本任务是执行程序，而程序是指令的有序集合，因此，CPU的基本功能体现在两个方面：一方面是如何保证程序中指令执行顺序的正确，另一方面是如何实现一条指令的功能。其具体功能如下： 1．指令控制 按照冯·诺依曼“存储程序”的思想，程序被装入主存后，计算机应能按其预先设定的要求有条不紊地执行指令，才可完成具体的任务。因此，严格控制程序的执行顺序，是CPU的首要任务。指令控制能实现对程序中指令的执行顺序进行控制。程序中的指令有两大类，一是顺序执行的指令，二是转移指令。对于顺序执行的指令，当CPU执行完此指令后，该指令下面的一条指令便是CPU要执行的下一条指令，由于程序的连续存放，可以通过设置一个程序计数器PC或指令指针(Program Counter)进行控制，且PC具有自动加1的功能，因此，PC始终指向的是下一条CPU将要执行的指令。 对于转移指令，当CPU执行完此指令后，将转移的目的指令所在的地址送PC，便可实现转移指令的正确转移。 2．操作控制 一条指令的执行要涉及到计算机中的若干个部件。指令不同，控制完成指令的功能所涉及的部件不同，控制这些部件就需要各种不同的操作控制信号。因此，一条指令对应一组操作控制信号。指令不同，指令的操作码不同，指令所对应的一组操作控制信号也就不同。因此，操作控制是对指令的操作码进行译码来产生该指令所需要的一组操作控制信号。 3．时序控制 在操作控制的基础上，需要对各种操作控制信号的产生时间、稳定时间、撤销时间及相互之间的关系进行严格控制，因为指令所对应的一组操作控制信号并不是同时作用于相应的各个部件。这种对操作控制信号施加时间上的控制，称为时序控制。实现时序控制需要设置时序产生器和操作控制器。只有严格地进行时序控制，才能保证各功能部件组合构成有机的计算机系统。 4．数据加工 数据加工是对数据进行算术运算和逻辑运算，它是CPU的根本任务，也是运算器的基本功能，而运算器是CPU组成的一个部分，因此，数据加工不可避免地会涉及到运算器和寄存器。 6.1.2 CPU的基本组成 CPU是运算器和控制器的总称，它既具有运算器的功能，又具有控制器的功能。欲实现控制器的功能，则控制器应由程序计数器PC(Program Counter)、指令寄存器IR(Instrack Register)、指令译码器、时序产生器和操作控制器组成。欲实现运算器的功能，则运算器应由算术逻辑单元ALU、累加寄存器(简称累加器AC(Accunulator))、数据缓冲寄存器DR(Data Register)、状态寄存器SR(Stru Register)组成。CPU主要组成部件逻辑结构示意图如图6-1所示。 图6-1 CPU主要组成部件逻辑结构示意图 1．指令的执行过程 1) 取指令 根据指令所在存储器单元的地址(由PC提供)，将PC中的指令地址送AR，此后，PC自动加1，AR的内容经地址总线和地址译码器选中指令所在的存储单元，CPU发出读命令，将该指令从主存中取出，经数据总线送到DR中，由于所取的是指令而不是数据，因此，再将DR中的指令送往IR，从而完成取指令。由此可见： (1) 所有指令的取指令阶段是完全相同的； (2) CPU当前正在执行的指令是指令寄存器中的指令； (3) PC始终指向的是下一条CPU将要执行的指令。 2) 分析指令 对IR中指令的操作码进行译码分析，产生该指令所需要的一组操作控制信号 ... ...
