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计算机组成原理单周期cpu设计,计算机组成原理各种周期

时间:2023-05-06 04:47:00 阅读:277862 作者:2563

现在计算机的基本结构示意

可知CPU主要与主存和IO设备进行通信,核心包括ALU运算器和CU控制器两大部分。

CPU主要功能

指令控制:控制程序顺序执行

操作控制:产生完成每条指令所需的控制命令

时间控制:对各种操作加以时间上控制

数据加工:对于数据进行算术和逻辑运算

处理中断:处理各种中断

CPU主要由ALU,寄存器,CU以及中断系统来组成。

CPU中寄存器

主要包括用户可见寄存器和控制状态寄存器

用户可见寄存器有:

通用寄存器  存放操作数;作为某种寻址方式所需的专用寄存器

数据寄存器   存放操作数

地址寄存器    存放地址

条件码寄存器   存放条件码,用作程序分支依据

控制和状态寄存器有:

MAR 存储器地址寄存器

MDR 存储器数据寄存器

PC  程序计数器  现行指令的地址

IR  指令寄存器  当前欲执行的指令

PSW  存放程序状态字

中断标记寄存器

例8086中的寄存器  共有14个寄存器

参考链接:https://blog.csdn.net/Jinxiutf666/article/details/80894656

控制单元CU

提供完成计算机全部指令操作的微操作命令序列部件

微操作序列形成方式:组合逻辑设计  微程序设计

指令周期

CPU取出并执行一条指令所需全部时间称为指令周期,即CPU完成一条指令的时间

将取指和分析称为取指周期;指令执行阶段称为执行周期

有些指令只需要取指周期,有些指令需要取指周期和执行周期,有些需要取指周期和多个执行周期

如果操作数为间接寻址,则需要首先取出操作数的地址,然后访存取出操作数,因此需要增加间址周期

CPU采用中断方式与IO设备通信,在每条指令执行结束时罚中断查询信号,如果有中断请求,需要进入中断周期

指令周期的流程如下所示

CPU指令周期由取指,间址,执行和中断组成,称为CPU4个工作周期,4个工作周期都需要访存

取指  取指令

间址  取地址

执行  取操作数

中断  存程序断点

可以用4个标志触发器来标识CPU各个工作周期

指令周期数据流

取指周期数据流

PC中存放当前待执行指令地址,送入MAR,送入地址总线

CU经过控制总线向存储器发送读操作,使MAR所指主存地址内容经数据总线送入MDR,送入IR

CU控制PC内容加1,形成下一条指令地址

间址周期数据流

取指周期结束,CU检查IR中内容,如果有间址操作,将Ad(MDR)中内容送入MAR,地址总线,CU向存储器发送读命令,将有效地址送入MDR中

中断周期数据流

CU将保存程序断点存储器特殊地址送入MAR,送到地址总线,CU向存储器发写明令,将PC内容送到MDR,最终将程序断点将数据总线存入存储器;

CU将中断服务程序入口地址送到PC,为下一个指令周期取值周期做准备。

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