计算机组成与结构（）-计算机组成原理.ppt

第6章中央处理部件(CPU)
计算机的硬件系统
控制器的组成
微程序控制计算机的基本工作原理
微程序设计技术
硬布线控制的计算机
控制器的控制方式
流水线工作原理
CPU举例
计算机的加电及控制过程
本节重难点
、组成、指令的执行过程.
:组成、产生控制信号的方法.
,与机器指令级的比较.
第6章中央处理部件(CPU)
计算机组成:运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部件。

将运算器与控制器集成在一个芯片上,通常称之为中央处理部件(CPU)。

控制器的作用是协调并控制计算机的各个部件来执行程序的指令序列。
机器加电时:(1)可以利用reset信号将某值(例如全“0”)置于程序计数器PC中,此即为开机后执行的第一条指令的地址,也就是固定程序入口地址;
(2)也可以直接在指令寄存器中置入一条无条件转移指令(转移到固定程序入口),然后开始执行程序。
固定程序:先对计算机各部件进行测试,从外部设备输入操作系统或其他程序,然后进入操作系统环境,等候操作员从键盘送入命令,或用鼠标器对显示屏上的图标进行选择。
计算机的工作过程:
加电→产生reset信号→执行程序→停机→停电。
程序执行过程:计算机从程序入口地址开始执行该程序的指令序列,是不断地取指令、分析指令和执行指令这样一个周而复始的过程。
实现原理:下一条要执行的指令地址是放在控制器的程序计数器(PC)中的。
本章主要论述CPU的组成原理,通过本章的学****希望同学掌握在计算机运行过程中各个硬件部件的作用;了解CPU中各个部件的操作过程及其实现方法的原理。重点讲述程序是如何执行的;计算机怎样实现各条指令的功能;又如何保证逐条指令的连续执行过程。
6. 1 计算机的硬件系统
80386微机系统
80386微处理器等器件组成的微机系统,Intel 80386是32位微处理器。
Intel 80386 微机系统框图
是系统中主要的处理、控制部件
机器加电时产生reset信号,计算机各个部件处于初始状态。执行的第1条指令的地址为0FFFFFFF0H,为一条转移指令,转到引导程序入口。
Clk是clk2的二分频时钟信号
80386通过总线与存储器和I/O设备交换信息。对总线的使用需要总线控制逻辑来管理。
快速设备通过DMA方式与主存交换信息。
慢速设备通过中断方式与主存交换信息。
当CPU与主存交换信息时,由于速度不匹配,CPU需要等待,ready信号是由存储器发出的,表明CPU需要的读写命令已完成。
80287/387协处理器与80386并行工作,扩充了80386的指令系统,主要完成浮点运算和高精度整数运算,80386自动将取得的协处理器指令传给80387。
2. Intel 80386结构及外部连线
80386包括:
指令部件:完成取指及指令译码功能;
执行部件:包括ALU、乘法部件、寄存器等;
存储管理部件:用来确定存储器地址。
80386微处理器芯片通过引出端与计算机的其它部件连接。各引出端的功能如下:
ADS:地址状态信号,表示地址线、总线周期定义信号已有效,开始总线周期进行读写。
NA:本次读/写操作虽未完成,允许送下一周期的地址和读写信息,使两次操作重叠。
ready:当存储器或I/O设备完成操作后发出的信号。386接到此信号后,结束本周期。
BS16:表示被访问的存储器或I/O设备的数据传送宽度为16位。
PEREQ:协处理器请求386在存储器与协处理器之间传送一个数据。
BUSY:协处理器忙,不能接收另一个指令。
ERROR:协处理器出现了一个错误
主设备:申请占用总线的设备。从设备:与主设备通信的设备。 I/O设备作主设备时,发出hold信号申请。当CPU同意总线请求,可以释放总线,发hlda。其余引出端均呈高阻状态。
INTR为中断请求信号
NMI不可屏蔽中断请求信号
RESET为总清或复位信号
在80386与存储器或I/O设备之间传送(读写)一个数据的时间称为总线周期。
W/R#区分是写周期(当W/R#为1时)还是读周期(当W/R#为0时)
D/C#表示是数据周期还是控制(取指)周期
M/IO#表示是访问存储器还是I/O设备
LOCK#为总线锁定信号,当它为低电位时,不允许芯片外部的信号打断当前总线周期的操作,即CPU不允许让出总线控制权。