cpu的基本结构和功能
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cpu的基本结构和功能
• cpu的基本结构 • 指令周期 • 指令流水 • 中断系统
cpu的结构
一、cpu的功能 1.控制器的功能 取指令 分析指令 执行指令，发出各种操作命令 控制程序输入级结果的输出 总线管理 处理异常情况和特殊请求 2.运算器的功能 实现算术运算和逻辑运算
二、cpu结构框图 1.cpu与系统总线 指令控制 操作控制 时间控制 数据加工 处理中断
存储逻辑
五、ALU
加、减、乘、除
与、或、非
指令周期的基本概念
1.指令周期 取出并执行一条指令所需的全部时间
取指、分析 完成一条指令 执行
取指周期 执行周期
取指阶段 取指周期 （取指、分析）
执行阶段 执行周期 （执行指令）
指令周期
2.每条指令的指令周期不同
取指周期 指令周期
NOP
执行周期 指令周期
控制CPU操作 其中MAR、MDR、IR PC 用户不可见 用户可见
（2Biblioteka Baidu状态寄存器
状态寄存器 PSW寄存器 3.举例 Z8000 8086 MC 68000 存放条件吗 存放程序状态字
四、控制单元CU和中断系统
1.CU 产生全部指令的微操作命令序列
组合逻辑设计 硬连线逻辑
微程序设计 2.中断系统
PC IR CU 时序电路 同上 ALU 寄存器 中断系统
控 制 总 线
数 据 总 线
地 址 总 线
cpu
ALU
中断 系统
寄存器
cu
2.CPU的内部结构
状态标志
内 部 CPU 数 据 总 线
移位 取反
算术和 布尔逻辑
寄 存 器
...
CU
中断 系统
三、cpu的寄存器 1.用户可见寄存器
（1）通用寄存器 存放操作数 可做某种寻址方式所需的寄存器
取指周期
ADD mem
取指周期
执行周期 ... 指令周期
MUL mem
3.具有间接寻址的指令周期
取指周期
间址周期 指令周期
执行周期
4.具有中断周期的指令周期
取指周期
间址周期 指令周期
执行周期
中断周期
5.指令周期流程
取指周期 是 间址周期
有间址吗？ 否 执行周期
有中断吗？ 否
是
中断周期
6.cpu工作周期的标志 CPU访存有四种性质
（2）数据寄存器
存放操作数（满足各种数据类型） 两个寄存器拼接存放双倍字长数据
存放地址，其位数应满足最大的地址范 围用于特殊的寻址方式 段基址 栈指 针 存放条件码，可做程序分支的依据 如正、负、零、溢出、进位等
（3）地址寄存器
（4）条件码寄存器
2.控制和状态寄存器 （1）控制寄存器 PC MAR M MDR IR
• cpu的基本结构 • 指令周期 • 指令流水 • 中断系统
cpu的结构
一、cpu的功能 1.控制器的功能 取指令 分析指令 执行指令，发出各种操作命令 控制程序输入级结果的输出 总线管理 处理异常情况和特殊请求 2.运算器的功能 实现算术运算和逻辑运算
二、cpu结构框图 1.cpu与系统总线 指令控制 操作控制 时间控制 数据加工 处理中断
存储逻辑
五、ALU
加、减、乘、除
与、或、非
指令周期的基本概念
1.指令周期 取出并执行一条指令所需的全部时间
取指、分析 完成一条指令 执行
取指周期 执行周期
取指阶段 取指周期 （取指、分析）
执行阶段 执行周期 （执行指令）
指令周期
2.每条指令的指令周期不同
取指周期 指令周期
NOP
执行周期 指令周期
控制CPU操作 其中MAR、MDR、IR PC 用户不可见 用户可见
（2Biblioteka Baidu状态寄存器
状态寄存器 PSW寄存器 3.举例 Z8000 8086 MC 68000 存放条件吗 存放程序状态字
四、控制单元CU和中断系统
1.CU 产生全部指令的微操作命令序列
组合逻辑设计 硬连线逻辑
微程序设计 2.中断系统
PC IR CU 时序电路 同上 ALU 寄存器 中断系统
控 制 总 线
数 据 总 线
地 址 总 线
cpu
ALU
中断 系统
寄存器
cu
2.CPU的内部结构
状态标志
内 部 CPU 数 据 总 线
移位 取反
算术和 布尔逻辑
寄 存 器
...
CU
中断 系统
三、cpu的寄存器 1.用户可见寄存器
（1）通用寄存器 存放操作数 可做某种寻址方式所需的寄存器
取指周期
ADD mem
取指周期
执行周期 ... 指令周期
MUL mem
3.具有间接寻址的指令周期
取指周期
间址周期 指令周期
执行周期
4.具有中断周期的指令周期
取指周期
间址周期 指令周期
执行周期
中断周期
5.指令周期流程
取指周期 是 间址周期
有间址吗？ 否 执行周期
有中断吗？ 否
是
中断周期
6.cpu工作周期的标志 CPU访存有四种性质
（2）数据寄存器
存放操作数（满足各种数据类型） 两个寄存器拼接存放双倍字长数据
存放地址，其位数应满足最大的地址范 围用于特殊的寻址方式 段基址 栈指 针 存放条件码，可做程序分支的依据 如正、负、零、溢出、进位等
（3）地址寄存器
（4）条件码寄存器
2.控制和状态寄存器 （1）控制寄存器 PC MAR M MDR IR