计算机组成原理 第六章 中央处理器(1)

文章目录

    • 6.1 CPU的组成与功能
      • CPU概述
      • CPU基本组成
      • CPU主要功能
      • 主要寄存器
      • 操作控制器
    • 6.2 数据通路(DataPath)
      • 数据通路的基本概念
      • 数据通路抽象模型(寄存器传输)
      • D触发器定时模型
      • 数据通路与时钟周期
      • 保持时间违例
    • 6.3 数据通路与总线结构
      • 数据通路分类
      • 单总线结构中的数据通路
      • 双总线结构与运算通路
      • 三总线结构与运算通路
      • 总结
    • 6.4 数据通路实例
      • 单总线结构CPU
      • 多总线架构数据通路
      • 专用通路 单周期MIPS
      • 小结
    • 6.5 指令周期
      • 指令执行一般流程
      • 指令周期基本概念
      • 指令控制同步
      • 早期三级时序系统
      • 时序产生器与控制器
    • 6.6 总线结构CPU指令周期(1)
      • 单总线结构CPU
      • 取指令数据通路
      • LOAD指令执行数据通路
    • 6.7 总线结构CPU指令周期(2)
      • MOVE指令执行数据通路
      • ADD指令执行数据通路
      • STORE指令 数据通路
      • JMP指令数据通路
    • 6.8 硬布线控制器设计(1)
      • 基本原理
      • 单总线结构CPU
      • 单总线结构CPU指令周期
      • 定长指令周期时序产生器 传统三级时序
      • 时序产生器状态机
      • 硬布线控制器基本架构
      • 单总线CPU控制型号生成
      • 固定指令周期硬布线控制器设计过程
    • 6.9 硬布线控制器设计(2)
      • 单总线结构CPU控制信号表
      • 现代时序系统
      • 指令执行状态转换图
      • 有限状态机真值表
      • 可变周期硬布线控制器设计步骤
      • 传统时序与现代时序对比

6.1 CPU的组成与功能

CPU概述

计算机组成原理 第六章 中央处理器(1)_第1张图片

CPU基本组成

计算机组成原理 第六章 中央处理器(1)_第2张图片

CPU主要功能

计算机组成原理 第六章 中央处理器(1)_第3张图片

主要寄存器

计算机组成原理 第六章 中央处理器(1)_第4张图片

操作控制器

负责取指令和执行指令

计算机组成原理 第六章 中央处理器(1)_第5张图片


6.2 数据通路(DataPath)

数据通路的基本概念

计算机组成原理 第六章 中央处理器(1)_第6张图片

数据通路抽象模型(寄存器传输)

计算机组成原理 第六章 中央处理器(1)_第7张图片

D触发器定时模型

计算机组成原理 第六章 中央处理器(1)_第8张图片

数据通路与时钟周期

计算机组成原理 第六章 中央处理器(1)_第9张图片

保持时间违例

计算机组成原理 第六章 中央处理器(1)_第10张图片


6.3 数据通路与总线结构

数据通路分类

计算机组成原理 第六章 中央处理器(1)_第11张图片

单总线结构中的数据通路

计算机组成原理 第六章 中央处理器(1)_第12张图片
以加法指令举例:
1.单总线结构
计算机组成原理 第六章 中央处理器(1)_第13张图片
计算机组成原理 第六章 中央处理器(1)_第14张图片

双总线结构与运算通路

(1)
计算机组成原理 第六章 中央处理器(1)_第15张图片
(2)
计算机组成原理 第六章 中央处理器(1)_第16张图片

三总线结构与运算通路

计算机组成原理 第六章 中央处理器(1)_第17张图片

总结

计算机组成原理 第六章 中央处理器(1)_第18张图片


6.4 数据通路实例

单总线结构CPU

计算机组成原理 第六章 中央处理器(1)_第19张图片

多总线架构数据通路

计算机组成原理 第六章 中央处理器(1)_第20张图片

专用通路 单周期MIPS

计算机组成原理 第六章 中央处理器(1)_第21张图片

小结

多总线结构

  • 性能更优,并发度更高
  • 电路更复杂,成本更高

6.5 指令周期

指令执行一般流程

计算机组成原理 第六章 中央处理器(1)_第22张图片

指令周期基本概念

计算机组成原理 第六章 中央处理器(1)_第23张图片

指令控制同步

计算机组成原理 第六章 中央处理器(1)_第24张图片

早期三级时序系统

计算机组成原理 第六章 中央处理器(1)_第25张图片

时序产生器与控制器

计算机组成原理 第六章 中央处理器(1)_第26张图片
计算机组成原理 第六章 中央处理器(1)_第27张图片


6.6 总线结构CPU指令周期(1)

单总线结构CPU

计算机组成原理 第六章 中央处理器(1)_第28张图片

取指令数据通路

计算机组成原理 第六章 中央处理器(1)_第29张图片

LOAD指令执行数据通路

计算机组成原理 第六章 中央处理器(1)_第30张图片


6.7 总线结构CPU指令周期(2)

MOVE指令执行数据通路

计算机组成原理 第六章 中央处理器(1)_第31张图片

ADD指令执行数据通路

计算机组成原理 第六章 中央处理器(1)_第32张图片

STORE指令 数据通路

计算机组成原理 第六章 中央处理器(1)_第33张图片

JMP指令数据通路

计算机组成原理 第六章 中央处理器(1)_第34张图片


6.8 硬布线控制器设计(1)

基本原理

计算机组成原理 第六章 中央处理器(1)_第35张图片

单总线结构CPU

计算机组成原理 第六章 中央处理器(1)_第36张图片

单总线结构CPU指令周期

计算机组成原理 第六章 中央处理器(1)_第37张图片

定长指令周期时序产生器 传统三级时序

计算机组成原理 第六章 中央处理器(1)_第38张图片

时序产生器状态机

计算机组成原理 第六章 中央处理器(1)_第39张图片

硬布线控制器基本架构

计算机组成原理 第六章 中央处理器(1)_第40张图片

单总线CPU控制型号生成

计算机组成原理 第六章 中央处理器(1)_第41张图片

固定指令周期硬布线控制器设计过程

计算机组成原理 第六章 中央处理器(1)_第42张图片


6.9 硬布线控制器设计(2)

单总线结构CPU控制信号表

计算机组成原理 第六章 中央处理器(1)_第43张图片

现代时序系统

计算机组成原理 第六章 中央处理器(1)_第44张图片

指令执行状态转换图

计算机组成原理 第六章 中央处理器(1)_第45张图片

有限状态机真值表

计算机组成原理 第六章 中央处理器(1)_第46张图片

可变周期硬布线控制器设计步骤

计算机组成原理 第六章 中央处理器(1)_第47张图片

传统时序与现代时序对比

计算机组成原理 第六章 中央处理器(1)_第48张图片

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