22.第22节课第五章CPU的结构和功能

罗泽兵 · 发表于 2024-4-15 09:11:08

好，我们接着看，第三节当中的内容数据通路的功能和基本结构，我们首先来看一下数据通路的功能。首先，数据通路。他指的是什么呢？他是指数据在功能部件中传输的一个路径。运算器和寄存器之间传输路径就是通过中央处理器内部的数据通路来进行的。我们数据的我们运算器和进行器之间，它们之间需要进行一个数据的传输啊。那数据的传输的路径是在中央处理器的内部的数据通路间进行传输的。数据通路描述了信息从什么地方开始，中间经过哪个计程器或多路开关？最后又传送到哪个计算器？

建立数据通路的任务是什么呢？是由操作控制部件来完成的啊，我们怎么样去建立数据通路这个任务？它是由操作控制部件来进行完成的。数据通过的主要功能啊，是指去实现CPU内部的运算器与寄存器以及寄存器之间的一个数据的交换。啊，我们在这些当CPU内部之间，我们有运算器，有集成器啊，他们之间需要进行一个相关的数据交换。那么，这些数据交换就是由数据通路来实现的。包括我们寄存器之间的一个数据交换，都属于数据通路来进行交换的。

那是数据通路的基本结构是什么呢？它包括三个方面啊，三种以CPU内部啊，内部单独性方式。还有CPU内部多种的方式以及专用通道方式。CPU内部的单连的方式指的是他能够将所有计算器的输入端，输出端都连接到一条公共的道路上。它结构简单，但是呢，容易冲突，性能较低。CPU多种线的方式呢？他是能够将所有集成器的输入端，输出端都连接到多条公共的道路上，双双线和多种线。

同时，在多个组件传输不同的数据效率，比单文件要高啊，我们可以区分CPU内部的单文件方式和内部的多文件方式。单独的方式，它是能够将输入端，输入端连接到一条功能。通道上而多种方式是连接到多条功能，通道上包括我们所有的多种线。搜索文件方式比我们的CC这样的方式效率要高嗯。除此之外，还有我们的专用通道方式。除此之外，还有我们专业通道方式，根据指令，

执行过程中数据和地址的流动方向。安排连续线路避免使用共享的线路，共享的主线，这种方式呢？性能要高，但是对硬件。定价量比较大，而且复杂。这是我们第三节当中的基本概念啊，我们要掌握什么是数据通路的基本功能，还有数据通路的。你的结构是什么？还有三种结构，内部的单独性结构和内部的多种方式，以及专用工作方式，

它的功能主要就是实现CPU内部的运算器与寄存器之间的一个。呃，数据的交换。这是我们第三节当中讲到的主要内容，希望同学们能够掌握。好，我们接着往下看第四节。CPU.好，我们接着往下看，第四节当中的内容也是我们本章当中的一个重点和难点。是控制器的功能和基本原理。在这节当中，我们主要讲的是硬部件的控制器啊，硬硬部件的控制器因为什么是硬部件控制器呢？

他是指控制器部件从数据主线，接收指令信息，从运算器部件接收。指令转移地址。公司部件从数据中心呢，我们接受的是指令信息，同业认证部件接受的是指令转移的地址。送出使用转移地址到地址总线，并且向系统中的部件提供他们运行所需的控制信号。我们可以看一下这个，这个图当中啊，我们有输入设备的接口，输出设备接口，还有内存储器，以及我们的控制器的部件。

还有我们内算器部件，包括数据，总线，地址，总线和控制总线。在这个当中，我们可以看到，根据我们产生的微操作控制信号，我们可以分为两种方式，硬部件，控制器和微程序控制器。啊，硬不硬用一些微程序控制确定和表示指令执行步骤的方法不同，给出控制各个部件的控制信号的方案不同。啊PC和ir是相同的，

我们子类计算器和程序计算器在里面是相同的，但是他给出控制各个部件的控制信号的方案是不一样的。而且确定和表示指令执行的方法是不同的，在这个过程当中，有步骤标记和指令这东西好产生的一个调整。我们的这两种信号方式分为硬部件，控制器和微程序控制器，也就是我们在本章当中需要掌握的一个重点，以硬硬部件，控制器以及微程序控制器。首先我们看一下硬部件控制器，硬部件控制器，它的思想是什么呢？它是指硬部件控制器是我们早期设计计算机的一种方法。根据指令要求，

当前时序和内部状态按时间顺序发送一系列的操作控制信号。把控制部件看作产生专门固定时序的信号的逻辑电路，也称为组合逻辑控制。他的核心部分是微操作产生的部件，是一种由门店物和触发器构成的复杂的树形逻辑网络。我们的设计目标是以使用最少零件取得最高操作，最高操作速度啊，我们使用最少的元器件去来。获得我们的最高的操作速度啊，制成后很难增加新的控制功能，除非重新设计或者重新实现。我们硬部件控制器啊，在我们设计完成之后就很难再去增加我们新的功能，所以我们再把它重新进行设计和重新进行复现。这是我们的进步性控制的一个基本思想。

那我们再看一下我们的基本嗯，我们内部线的一个控制单元啊，一个控制单元是什么样子的，我们可以看这个图当中。我们用ir到我们的定位操作码，操作译码器进行到我们的cu，然后再读。clock嗯。去去机器的主频节拍发生器，然后输入一个周期，然后一个标志是我们的一个控制单元。指令操作码是决定控制信号的一个关键。为化简逻辑，将操作码，将操作码译码解开，

发生器从cu当中进行分离，我们可以看到我们操作。密码和我们节拍发生器和我们的cu是分开的，是分离的啊，这是我们的一个单元图。cu的输入信号来源，它是输入信号来源。由经指令译码器译码产生的指令信息有这一部分，还有时序时序系统产生的机器周期信号和节拍信号，我们时序系统当中的节拍发生。是咱们的机械周期信号和其他信号输入到我们输入当中，再就是执行单元反馈的信息是我们的标志啊标志。还有就是来自系统总线的控制信号，比如说我们中断请求dm请求就是我们在cu输入信号的相关来源。有这几个部分操作码译码，

还有这个开发器，还有我们的一个机器周期和机器周期信号和其他信号。还有就是标志，还有就是来自系统里面的控制信号。比如说中断请求和dma请求。在这个过程，在这个控制单元图当中，我们可以看到指令的操作呢，它是决定控制信号的一个关键，控制信号的一个关键。或者画点我们的逻辑啊，将将我们操操作码密码和直白方式从我们输入当中进行一个分离。就是面部性能控制器。电路线控制的时序系统嗯，包括我们哪几个方面呢？

它包括了时钟周期，机器周期。啊跟。两个部分，我们时钟周期指的是时钟信号控制节拍发生器产生的一个节拍，每个节拍的宽度正好对应一个时钟周期。每个节拍内，机器可完成一个或几个需同时执行的一个操作，机器周期指的是通常以内存中读取一个指令。四的最短时间作为自习周期。所有指令执行过程。的一个基准时间，它是所有指令执行过程的一个基准时间，当存储时长等于生命周期指令最长时取止周期，可以看作我们的。

机器周期在一个周，机器周期可完成若干个微操作使用时，钟信号控制产生每一个微操微操作。就是我们控制线控制器的一个时序系统。好，我们接着往下看，执行周执行周期微操作命令分析的非缓存企业，首先我们以一个cla。还有就是com shr还有cs stp。都使我们的清清除清除我们的ACC，就是将零放到我们ACC当中，再就是进行一个取反的操作。将ACC取反放到ACC当中，再进行下一步操作，是算术右移。

啊l acc放到右移。ra CC当中，然后将ACC 0放到ACC 0当中。进行循环转移和ra CC放入。左移ACC，然后再进行放到一些n当中，停机指令是将零放到g当中嗯，这是我们的非保存指令执行周期。微操作命令的分析当中呢，非常紧急。再就是我们还除了非仿真指令之外，还有我们的仿真指令，比如说执行加法题和纯指令的一个操作。在执行JAVA指令当中。我们在执行JAVA的过程当中，

我们AD。括弧I2放入到我们MA 2当中，将一放到二当中。将我们的MA 2放到mmd 2当中进行一个操作，进行一个m操作，将ACC+md二放到md 2当中。其中一个加法层在这个过程当中，我们进行了访存访问的组成，当中的数据啊。纯数据指令我们也进行了一个保存执行手机的分析当中，也进行了保存，这是我们纯数据的一个相关操作。除此之外，我们在还需要知道的了解的内容是微操作指令，命令微操作指令，

命令它指的是控制单元去发出各种操作命令。序列的一个功能，这些命令与指令，命名与指令有关，必须按一定的次序。发出机器才能有序工作，对于不同的指令控制单元去发出各种不同的微操作能力。首先我们来看一下取子周期的微操作命名分析啊，我们来看一下曲子周周期微操作命名分析和建筑。都是微操作命令的分析的一个。对比将PC放到MA 2当中，将一放到我们的二当中。mar等等。现在mdr当中，mdr放到我们的rl当中将OP啊，

将rl进行一个OP操作，放到我们的c6当中PC+1，放到PC当中。这是我们取指令周期的一个微操作命令，还有间指啊间指操作的一个微命名体系，在这个过程当中，他们都进行了访访问集成。你是微操作命令。时间周期微操作命令的分析当中，还有我们的保存指令和转移指令，这两个部分。啊，保存指令当中，我们拿所有我们取指令数据来进行分析啊，是这种操作在我们的那个转移指令当中啊jump就是。

无条件转移啊，无条件转移，还有一个有条件转移dn dn x等你是条件转移。在满足什么样的条件下啊，进行转移，如果他为负我们进行转移啊。这是我们的那个嗯，硬部件过程当中的缓存指令和转移指令的一个相关操作的分析。嗯，还有我们除此之外就是我们的CPU的控制方式，嗯CPU控制方式指的是什么呢？每条指令和每个操作所需的执行时间是不同的，控制一条指令执行的方式同样有三种啊。第一种是同步控制方式，第二种是异步控制方式，

第三种是联合控制方式。同部分的方式是指控制电，它的控制电路比较简单，但是运行速度比较慢，系统有一个统一的时间。所有的控制信号均来自嗯，均来在这一个统一的时钟信号。通常以最长的微操作序列和最繁琐的微操作序列为标准，采取完全统一的就是相同时间间隔。和相同数目的形态作为机器周期来运行不同的指令。这是我们同步控制的方式，他是在我们系统当中，他会有很多条指令，但是我们都采用的是同一个。使用信号啊，

同一个时钟，但是呢，有有长有短，我们就以什么为标准呢，以我们微操作系统当中。啊，最长的维生素序列和最繁琐的维生素序列的标准啊，采用具有相同时间间隔和相同数目的形态。作为机器的机器来运行，不同的企业再就是异步控制方式。异步控制方式优点是运，特点是运行速度快。控制电路复杂，不存在基层。基准时标信号各部件按自己固有的速度进行工作，

通过应答方式进行联络。第三种方式就是我们的联合控制方式，它是介于同步和异步之间，大部分采用同步控制，小部分采用异步控制。这是我们联合控制方式。硬部件控制单元设计的步骤，我们首先要列出微操作命令的操作时间表。先根据微操作的节拍安排，列出微操作命令的操作时间表，包括各个机器周期节拍下的每个指令完成的微操作的控制信号。啊，第二步，我们进行一个微操作信号的综合。在列出操作时间表后，

就可以对他们进行一个综合分析，一个归类，然后写出各种类操作。控制信号的逻辑表。逻辑表达式并进行适当的简化啊，包含机器中出节拍脉冲操作码，机器状态等条件。第三步，画出微操作命令的逻辑图。根据逻辑表达式，画出对应的每个微操作信号的逻辑电路图。并用逻辑门电路来实现，这就是我们进步性控制单元的设计步骤，包括三个步骤。第一步，

列出微操作命令的操作时间表。第二步，进行微操作信号的一个综合。第三步，画出未操作命令的逻辑图。我们来看一下硬部线控制的单元设计步骤。这是我们的工作周期标志啊，取值解开p0p1p2啊三个三个嗯。三个经济周期啊，是一个趋势周期，发热状态啊，就是健体特征，就是一个健体特征。微操作命令信号将PC放到我们的mar当中访问mar，进行一系列的操作。

然后再就是嗯，一放到访问我们的储存当中，放到二当中MA 2放到md 2当中PC+1。注意PC。md 2放到AR当中进iir进行一个OP操作，那么ID到这里的时候，我们进行一个间值，进行一个间值。然后再就是我们的EX，这是我们的一个设计步骤。进行相在每个步骤当中，他防他的标记是什么样的，你要进行是否要进行该步操作。好，我们看完我们的硬部件控制之后，

我们来看一下我们总结当中的第二块内容，微程序控制的基本概念。微程序控制的基本概念，他首先我们要了解一下他的核心思想是什么？他是采用逻辑，采用存储逻辑来实现把微操作信号代码。这样的话。首先我们来看一下它的核心思想，它的核心思想是采用逻辑。首先我们来看一下它的核心思想，它的核心思想是采用逻辑。首先我们来看一下他的核心思想，他的核心思想是采用存储逻辑实现的，把操把微操作信号代码化。每条机器指令编成一个微程序，

存入我们的控制存储器当中。每个微程序包含若干条指令。通过寻址去获得微程序当中的指令，每条微指令对应一个或几个微操作。微操作控制信号，比如说指令产生是目前计算机广泛采用的一个思想。微程序的基本概念，微程序它包含几个方面的内容，我们的微操作是什么？微命令是什么啊？微操作指的是？计算机当中最基本的不可再分解的操作，一条机器指令可分解为一个微操作序列。非命令指的是控制部件向执行部件发出的控制命令，是构成控制序列的最小单位。

微命令与微操作是一一对应的，微命令是微操作的控制信号，微操作是微命令的执行过程。还有一个相容性微应用，可以同时产生，共同完成。某一些操作互斥性。不允许同时出现相应的应用命令，可以同时产生，同时完成一些操作互斥性的页面，就不允许同时出现。其实我们微控微程序控制的相关基本概念。那微指令指的是什么呢？微指令它指的是若干微命令的一个集合，微指令的基本格式，

它是有一条微指令。它至少包含两个部分啊，操作控制和顺序控制，我们微指令的基本格式可以看一下那个图。它是由操作控制和顺序控制啊一层。至少要包含这两部分来组成我们的一条非指令格式。微操作代码是也是我们的控制呃，操作控制字段，它指的是产生某一操作所需要的各种操作的控制信号。微地址代码也是我们的顺序控制代码。顺序控制字段。产生下一条要执行的微指令的地址是我们的微指令码的字段。微地址指的是存放微指令的啊，控制存储功能的地址，微周期是从控制是控制存储器，

读取一条微指令并执行相应的操作所需的。时间组成周期是用于存放程序和数据，在CPU外部用RAM实现。控制存储器cm是用于存放微程序。放在CPU内部，用ROM来实现，这是我们微程序控制的相关概念。还有我们程序指的是什么程序？它指的是指令的有序集合，用于完成特定功能，有软件设计的。事先编制好，放到我们存储器当中的这种程序程序，它指的是非指令的有序集合。是一条指令的功能，

有一段程序来实现机器指令的实现。信息指令的实时节采器啊，由计算机设计者事先编制好存放在控制器当中，所以程序员是透明的。好，我们说微程序是存放在控制器当中的，那程序是存放在存储器当中的。地址进行器mar是存放组成的读写地址，微定时进行器cm AR是存放控制器，存储器的读写和微指令的地址。指令继承器ir。它指的是存放已存储储的指令。微指令寄存器cmr或UN ir。它存放从控制器和。控存放从控控制存储器中读取的非指令。

这是我们微程序的基本概念和机械指令，无微操作啊，机械指令，有微操作，还有微命令，我们微命令有一个集合。微程序控制的基本概念当中，我们还需要了解它微程序的控制的基本框图啊，我们可以看到这个框图当中。嗯，开始数据由OP到我们的微地址形成部件到顺序逻辑cm AR。这个密码器，再到我们的控制器，存储器到我们的cmd啊，下地铁到我们的。

这个这个CPU内部其中有限的控制信号，控制控制器c，它是核心是一个核心组件。因为存放微程序使用的是ROM工程微指令集成器cmr，存放的是cm取出的微指令。位于指令和位属于指令的最长相等微地址形成部件，是产生初始和后续的地址。以保证微指令的连续执行。微地址集成器cm vr。那么cm AR是接收微地址，形成部件送来的地址。为cm中读取录指令，做一系列的准备。好，这是我们第四节当中所学的两个重点的内容，

微程序控制的基本概念和。我们前面讲到的。硬件控制器啊，这是我们第四节当中的主要内容。

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