计算机组成原理第八章CPU的结构和功能

 

1.控制器基本功能

取指令、分析指令、执行指令

2.CPU

组成：ALU、寄存器、中断系统、CU

ALU作用：实现算逻运算

寄存器作用：存放当前指令地址

中断系统：处理异常情况和特殊情况

CU：发出各种操作命令序列

3.指令周期

CPU每取出并执行一条指令所需的全部时间成为指令周期

在大多数情况下，CPU就是按“取值-执行-再取值-再执行。。。”的顺序自动工作的

一个完整的指令周期应包括取指、间址、执行、中断4个子周期。分别由1->FE 1->IND 1->EX 1->INT这4个信号控制

4.指令流水原理

（1）通常为了减少时间损失，采用猜测法

（2）为进一步提高处理速度，可将指令的处理过程分解为更细的几个阶段

取指（FI）

指令译码（DI）：确定操作性质和操作数地址的形成方式

计算操作数地址（CO）：计算操作数有效地址，涉及寄存器间接寻址、变址、基址、相对寻址等各种地址计算方式

取操作数（FO）

执行指令(EI)

写操作数（WO）：将结果存入存储器

5.影响流水线性能的因素

（1）流水线在流水过程中会出现三种相关

结构相关、数据相关、控制相关

（2）处理方法：

结构相关：停顿

数据相关：后推法、定向技术（又叫旁路技术或相关专用通路技术）

其中数据相关包含三种类型：写后独相关AM、读后写相关WAR、写后写相关WAW

在按序流动的流水线中，只可能出现RAW相关。非按序流动都有可能。

6.流水线性能

 （1）吞吐率：最大吞吐率与实际吞吐率

（2）加速比和效率

7.中断系统 

(1)中断屏蔽技术：主要用于多重中断

(2)实现多重中断的条件：

提前设置“开中断”指令

优先级别高的中断源有权中断优先级别低的中断源

（3）屏蔽技术

在中断服务程序中设置适当的屏蔽字，能起到对优先级别不同的中断源的屏蔽作用

屏蔽技术可以改变优先等级

严格地说，优先级包含响应优先级和处理优先级。

响应优先级是指CPU响应各中断源请求的优先次序，这个次序往往不便于改动

如果不采用屏蔽技术，响应的优先次序就是处理的优先次序。

会画出CPU执行程序的轨迹