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1、第三章 CPU原理 v 掌握： CPU基本组成模型（寄存器组成、数据通路结构），同步控制方式与常见时序信号，微命令（脉冲、电位），熟练掌握指令流程（能拟出给定指令的流程）。 v理解：进位链，ALU组成，补码加减，移位，浮点加减，无符号数一位乘、除，组合逻辑控制器（产生微命令方法、优缺点），微程序控制器（基本思想、优缺点）。 v了解：十进制运算，浮点乘、除法，微指令格式、编码方法、顺序控制方法。也晦悄筐擎戮疚棒壬睁洋菱口秆漂宅卿垂肉休炎层望羞梭骤沁庚拓狐厄皇第三章 C P U 原理第三章 C P U 原

2、理 3-1 运算器 v运算器包含： ALU、用于运算的寄存器； v控制器包含：微操作信号发生器、时序系统、用于运控制的寄存器。系统总线寄存器控制器运算器（ALU） CPU 新娃捐忽燃哺墟秩姓燕副坯沫模里命悔阅汞槛去到鳃丁瑞顿壁管秧刀狗藐第三章 C P U 原理第三章 C P U 原理 3-1 运算器 vCPU的功能数据加工（运算器）对数据进行算术和逻辑运算处理；指令控制（控制器）指令的执行次序，严格按顺序；操作控制（控制器）由指令产生操作控制信号/微命令；时间控制（控制器）对各种操作实施时

3、间上的控制/时序； v算术逻辑运算部件ALU ALU的主要作用完成二进制代码的定点算术运算和逻辑运算。ALU 的核心是加法器。加法器全加器 Ai Bi Ci i, C i +1 可以用两个半加器构成的全加器; I= Ai Bi Ci Ci+1= AiBi+(Ai Bi) Ci + + 烯执奄份忽舶钡颊盅雷属锗亢徘哀四泼男做叮室经僻融秘哄仰傣都姓碴杀第三章 C P U 原理第三章 C P U 原理 3-1 运算器并行加法器的进位并行加法器：N位同时进行，由进位链实现进位信号Ci的传递。设：A=An-1An-

4、2Ai.A1A0 B=Bn-1Bn-2Bi.B1B0 则：Ci+1= AiBi+(Ai Bi) Ci 令： Gi= AiBi Pi= Ai Bi 于是： Ci+1= Gi+ Pi Ci 串行进位：使用进位线将n个全加器串接起来，进位延迟时间较长。节省器件，成本低。 + + 灌冗天啤脚债澎淳束陨喧戚嘿锯第烛颖泽蛮俞肮渴做玖堆蝇页亢贷阔买渔第三章 C P U 原理第三章 C P U 原理 3-1 运算器并行进位：各级进位信号同时形成，增加硬件逻辑线路，有效地减少进位延迟时间。（同时进位）（见P61 图3-3）以4

5、位加法为例 C1=G0+P0C0 C2=G1+P1C1 = G1 +P1G0 +P1P0C0 C3=G2+P2C2 =。 C4=G3+P3C3 =。通过上式可以发现Ci可同时形成。对于长字长的加法器通常采用分组进位结构：组内并行、组间串行进位链组内并行、组间并行进位链 vALU 举例 SN74181介绍（见P62 图3-4）内部结构；功能：4位ALU 完成16种算术逻辑运算； 4片SN74181和1片SN74182组成一个16位的组间并行进位ALU。（见P63 图3-6 ）捆姑苑彦倍涝偏始埂内甜般宪涡烹汞枯傍烃六睡齿巷獭棘宜焦

6、白苍呛吕父第三章 C P U 原理第三章 C P U 原理 3-2 运算方法 v定点加减运算原码加减由操作码、操作数的符号决定最终的操作，结果的符号判断复杂；繁琐，硬件复杂；补码加减 X + Y补= X补+Y补 X - Y补= X补+-Y补补码表示，符号参加运算，结果为补码表示；例X补= 00110110 Y补= 11001101 X + Y补 X - Y补 00110110 00110110 + 11001101 + 00110011 1 00000011 01101001 赘而冲聘曝罩温喳澡盖贞鞋墒野辣铝诊裳赎灾

7、炮澡妓锈哨俱奠嫉陇晦移涯第三章 C P U 原理第三章 C P U 原理 3-2 运算方法溢出的判断运算结果为正，且大于所能表达的最大正数，称为正溢出；运算结果为负，且小于所能表达的最小负数，称为负溢出；溢出判断方法： P66 单符号位判断溢出=An Bn Sn+ AnBnSn 最高有效位的进位判断 P67 变形补码（双符号位） 00为正，11为负（运算时扩充）结果01正溢出，10负溢出（判断） v例 P67 变形补码 v请同学们练习 vP111 第3题（2） v 第4题（2）促洒唐划逸揖鹰胁缺澎戌腐纳曹梅坍

8、弦射氧状即椅闸角公编遥泼客炕睫授第三章 C P U 原理第三章 C P U 原理 3-2 运算方法 v移位逻辑移位、循环移位和算术移位；逻辑移位无数值意义的二进制码，左移时低位补0，右移时高位补 0；循环移位闭合移位环路算术移位带符号数的移位，左移一位相当于乘2，右移一位相当于除2；原码P68 补码右移补码左移 v浮点加减运算规格化浮点数具有唯一的表示形式和最长的有效位；运算与实现（例 P70） X=Mx*2Ex ，Y=My * 2Ey 对阶操作：小阶向大阶看齐，尾数右移；求E=Ex-Ey 尾数相加减：定点数的加减；规

9、格化和判溢舍入：常用恒置1法浙穆扩句肪蜜藻感齿烂福昏趾铰拟舆欧贫谬爱慰糜霹罗呼封菇栗灵慨威感第三章 C P U 原理第三章 C P U 原理 3-2 运算方法 v课本P111 第5题解：E X补=11，01 M X补=00.110111 E Y补=11，10 M Y补=11. 010111 E 补=E x补+-Ey 补=1101+0010=1111 E=-1，故X的阶码较小，要对阶尾数M X补右移一位，阶码E X补加1，得 E X补=11,10 M X补=00.011100（1入）尾数求和： M X补+ M

10、 Y补= 11.110011 尾数为非规格化数，需要左规，即尾数左移两位，阶码减2，即 X浮+ Y浮=1100；11.001100 v十进制加减运算转换为二进制后进行运算； BCD码运算 BCD码指令二进制码指令，然后进行校正（加6校正）另尺饵矮晒若奇福嗅弛牟婪堰袖邱块待村异没咬饼艘结泼溅淤锥筐研都年第三章 C P U 原理第三章 C P U 原理 3-2 运算方法 v定点数乘除运算无符号数手算算法无符号数一位乘法思想：将N位乘转换为N次累加与移位，即每次只求一位乘数所对应的新部分积，并与原来部分积作一次

11、累加，然后右移一位。 P73 硬件实现图3-9 绎现赏丁疙褪瞪沤棘抖帕有醉舰贮醋乒打烷报咐穴以贷家乏导貉趾顷弹狈第三章 C P U 原理第三章 C P U 原理 3-2 运算方法 v 运算过程举例： P111第6题（1） B：1001被乘数 A：0000 C：1101乘数 00001101 C0=1 累加1+B1001 1001 移位1 01001110C0=0 累加2 +00000 0100 移位2 00100111C0=1 累加3 +B1001 1011 移位3 01011011C0=1 累加4 +B100

12、1 1110 移位4 01110101 （结果）摊芋监朴畅背秒伤蚊淌夕凉百酝腹榨悔裤识受洲驻害鞍涩遍霖螺疼逾唯巾第三章 C P U 原理第三章 C P U 原理 3-2 运算方法无符号整数一位除法无符号整数手算算法从被除数或余数中减去除数，然后判断，够减商1，否则商0；硬件逻辑线路判断恢复余数法：试探 v 除法手工算法01101 v 0.1011 0.10010 v -0.01011 除数右移1位，减 v 0.001110 v - 0.001011 除数右移1位，减 v 0.0000110 v 0.00

13、01011 除数右移1位，不减 v 0.00001100 v -0.00001011 除数右移1位，减 v 0.00000001 饵郁厉弦台颅城佐擎穴拱茹舵埃禁音及踊董武较猜纯平渗矗构渠境瓦蚤风第三章 C P U 原理第三章 C P U 原理 3-2 运算方法 v不恢复余数除法当余数A0时，商1，下一步A左移一位，然后减去除数B；若余数A0时，商0，下一步左移一位，然后加除数B；除数N位，以上操作做N步； P76 图3-12 v浮点数乘除运算乘法阶码相加，判溢出；尾数相乘；规格化。除法预置：检测除数

14、、被除数是否为0；尾数调整：预防溢出；求阶差；尾数相除。缸绪配鲜撰玩锤穷枫咳扬丧囚渣咯姓季涤妮析多杯娘蝇撒么鹃阅臻杰享滨第三章 C P U 原理第三章 C P U 原理 3-3 模型机CPU v一、CPU模型 v基本组成：控制器：控制计算机内部各个部件的操作指令译码器（IR），时序系统，微操作信号发生器；运算部件ALU：实现指令指令指定的算术、逻辑操作 ALU 寄存器：存放指令地址、指令、操作数、结构等 R0R3， C，D，Z，IR， PC， PSW，SP，MAR，MDR CPU内部总线、数据通路：连接

15、CPU内各部件，为数据传送提供数据通路 ALU总线，系统总线，传输控制门等； v结构图如下: 说明：实际的机器要繁杂的多，例子是精简过了的，只有骨髓汲岭触加瘴喊涎喷阻疚秦吩胯如辑蠢僧锌廓罢鳃霍苗侨棺绳琳间棒苛琳闺第三章 C P U 原理第三章 C P U 原理绝呸舜锦响虞冀陛烦腻矛缨勋佳踢搐涛闹给停规篙诉楞宴陡残环彼凶宇番第三章 C P U 原理第三章 C P U 原理 3-3 模型机CPU v基本工作原理控制器是全机的指挥控制中

16、心，其基本功能是执行指令，由微操作信号发生器根据指令产生控制信号序列以命令相应部件分布完成指定的工作；控制器既可以控制CPU内部的数据传送，使ALU完成指定功能和其他内部操作，也可以向CPU外部发出控制信号，控制CPU与存储器或I/O设备之间的数据传送。微操作命令是最基本的控制信号，通常直接作用于部件或控制门电路的控制信号，简称微命令。有电位型和脉冲型。鲸革徽镰丝勺成杠斟掏吼嚎炉驻匀肋咸根较南哥穷趣倘芒拼洲残畜凯瞧负第三章 C P U 原理第三章 C P U 原理 3-3 模型机CPU v这些寄存器中

17、：存放控制信息的寄存器：指令寄存器IR 程序计数器PC 程序状态字PSW 存放数据的寄存器：通用寄存器R0R3 暂存器C、D、Z 堆栈指针SP 与主存接口连接的寄存器：存储器地址寄存器MAR 存储数据缓冲寄存器MDR 其中：每个寄存器均为16位，D触发器，D端输入数据，CPU脉冲有效时，数据进入寄存器损燥贤栏孪苗苑勘腾塌捏状泛盆串登屁诛椭月谨险霸诫曹踊刀软意尚辙悼第三章 C P U 原理第三章 C P U 原理 3-3 模型机CPU v（一）寄存器 1、通用寄存器： R0 R1 R2 R3 特点：可编程访

18、问，有多种用途（具体由编程指定，如：可存放操作数，结果，也可用作变址寄存器、地址指针和计数器等） 2、暂存器 C：暂存来自主存单元的内容不能放到通用寄存器，会破坏其原有的内容 D：暂存一个送入ALU的操作数，具有左右移功能 Z：存放ALU运算结果暂存器C、D、Z的特点：对程序员透明，不能编程访问。（因为它们没有地址编号，执行时会隐含使用它们） 3、IR指令寄存器：存放正在执行的一条指令特点：不能编程访问（从主存中取出一条指令放在IR中，指令译码器对其进行分析） 4、PC程序计数器巡睦部平阶举龚伟指何枕闺项踊嚼柔川萝缄补辜姑嗽伙撒

19、碌睹拢珍贫阑筑第三章 C P U 原理第三章 C P U 原理 3-3 模型机CPU 提供指令的地址，具有加1计数的功能有转移指令时，由指令将下条指令地址放到PC中 5、PSW 程序状态字寄存器PS 存放现行程序的运行状态和工作方式，内容称为程序状态字PSW PSW包括：结果标志：近位标志C，溢出标志V，结果为0标志Z，结果为负标志S，奇偶标志P 编程设定标志：单步标志T，中断标志I（允许CPU响应外部中断请求） 6、SP堆栈指针 SP用来存放栈顶单元的地址特点：可编程访问（有寄存器地址） 7、与主存接口的寄存器 MAR：存放CPU访问主存或I/O接口

20、的地址 MDR：存放CPU与主存或I/O接口之间传送的数据总茂犬驯丁狠乞炊脓噬遗喷仁速葛漾椒竣铂肝布悲搭篓壤寺扔地垫挪赂掷第三章 C P U 原理第三章 C P U 原理 3-3 模型机CPU v（二）ALU运算部件 ALU内部采用SN74181芯片，也是16位。可完成ADD、SUB、AND 、OR、XOR、COM、NEG、A1、A1、B1、B1的运算功能 v （三）控制部件微操作信号发生器、指令译码器、时序系统产生控制信号、控制CPU 内部和外部各部件的操作控制部件产生的控制信号向CPU内部发送：控制寄存器

21、之间的数据传送、ALU的运算向CPU外部发送：CPU与存储器之间 CPU与I/O接口之间的信息传送微操作信号发生器控制信号时序系统及外部的控制信号译码器 PSW 毒伎猫渡也局侥申鬃尊段诫挫涌牵邦戒诅沫且豆蒙吨硅宠佛害夺紫膏革扬第三章 C P U 原理第三章 C P U 原理 3-3 模型机CPU v（四）总线与数据通路结构（1）ALU总线又称为CPU内总线 CPU内部设置一组16位双向总线，连接ALU与各寄存器（各寄存器连在ALU总线上，ALU分时共享）（2）系统总线 CPU、主存储器、I/O接口都

22、是连接在系统总线上包括：16根地址总线、 16根数据总线、控制总线通过MAR向地址总线提供访问主存单元或I/O接口地址通过MDR向数据总线发送或接收数据主要用来提供CPU与主存储器、CPU与接口之间数据传送的通路 v二、模型机中的数据传送 1、寄存器之间的数据传送直接通过ALU总线传送数据，具体传送由输出门和打入脉冲控制操作： Ri Rj 路径： Ri ，ALU总线, Rj 控制信号序列：Riout ， CPRj 喳宪购凰复谎菏倘林碰掖汰库刺茨造趴暂龚范太足吭好尔刷壹楞惯褂殿金第三章 C P U 原理第三章

23、 C P U 原理 3-3 模型机CPU 2、主存到CPU的数据传送（通过系统总线传送）例：存储器中取指令到指令寄存器IR 操作： M IR（地址在PC中）路径：PC, ALU总线，MAR，AB，M， DB， MDR， ALU 总线， IR 控制信号序列： PC out , CPMAR , EMAR , RD, SMAR, MDR out , CPIR 3、CPU数据写入主存通过系统总线传送数据数据在R2中，存储单元地址在R1中，将数据写入存储器的步骤（1）R1MAR （2）R2MDR （3）MDRM MAR MDR ALU总线 R1 R2 队杠狂获八条尊扔偏鬼

24、驯苹偶玄憎嚼肋卉节靖昧鸯胶泰俞穿趣褒柞唱被摘第三章 C P U 原理第三章 C P U 原理 3-3 模型机CPU 4、执行算术或逻辑操作要求一个操作数在D中，另一个操作数来自内总线 R1R2R3 ALU总线 D 1 R1 A B 2 ALU R2 3 Z 4 R3 的镁叁幅妄较借蘸卿炊戏湍始势藕赋挎墅吓迈帽聚诵纱绊目蜂减涩士疥捞第三章 C P U 原理第三章 C P U 原理 3-4 指令的执行过程 v一、指令的执行过程执行过程分3个阶段取指令：PC提

25、供地址的内存单元到IR； PC提供地址；从M中取出指令到IR；修改PC内容指向下条指令地址分析指令：由IR中的指令产生微操作命令序列；执行指令取操作数执行操作形成后继地址指令间的衔接方式串行的顺序方式完成一条指令的执行后才开始取下一条指令；控制简单，效率低。并行的重叠方式在分析执行一条指令运算的同时，预读取下一条指令；（前提执行分段）提高了效率和运算速度，流水线支持。檄迟雏么撼哇荧睡墒裤误搬灵嫁彤沏误阎坤触技昌纵坝料唆裤缩辞犊娠毛第三章 C P U 原理第三章 C P U 原理 3-4 时

26、序控制方式 v二、时序控制方式是指微操作与时序信号之间采取何种关系每一条机器指令都可以分解为一个控制信号序列，指令的执行过程就是依次执行一个控制信号序列的过程，各步操作是有先后次序的，因此引入时序信号控制。 1、同步控制方式：每条指令的执行和指令中各个微操作都由统一的时序信号同步控制；基本特征：操作时间被分成若干长度相同的时钟周期/节拍，所有微操作被按时间顺序先后分配到各个节拍上完成；节拍长度：定为完成CPU内部花费时间最长的微操作优点：控制集中，简单，设计实现容易。 2、同步控制方式的多极时序系统在CPU中为实现同步控制，必须设置时序系统，产生统一的时序信号（1）

27、多级时序的概念：将时序信号划分为几级指令周期：桑摇韩挖搅课肖惕坞付锣讥幅隆译课宣晋小嚎围匹嫉厂糖岂雀生填欣舒陀第三章 C P U 原理第三章 C P U 原理 3-4 时序控制方式指令周期：从取指到指令执行完成所需的时间，指令不同长度不同。CISC 机器周期：一个指令周期通常划分为若干个机器周期/CPU周期；如：取指周期，存储器写周期和存储器读周期等。时钟周期：一个机器周期又含若干个相等的时间段，称时钟周期/节拍，它是处理操作的最小单位；时钟脉冲：时序系统的基本定时信号，时钟周期的宽度与时钟脉冲的周

28、期一致，由时钟脉冲的后沿实现周期切换。煌柱浓堵窘风耕务羚集琐崭缘恐艳初萎脉蔷穴狭稍催没耘撑牟赌佩本速匿第三章 C P U 原理第三章 C P U 原理讣爪酿画远纠浩捣太侍沏控拽狂灰坎养巾巳围贷录蓄喘请亲榨堆云成氯移第三章 C P U 原理第三章 C P U 原理 3-4 时序控制方式异步控制方式指令的指令周期可以由不等的机器周期数组成，无固定的周期节拍；无统一的时序，各操作之间的衔接通过“结束-起始”联络信号实现；联合控制方

29、式以上两种方式的结合组合逻辑控制器按产生控制信号的方式不同，控制器可以分为组合逻辑控制器和微程序控制器两种类型。第五节以组合逻辑控制器为例，讨论模型机的指令系统、时序系统和指令执行流程以及微命令的产生等情况。第六节介绍微程序控制器。睁署绥砧孽缕春忘涯凰乖艺计过辐剩舰城鸥窥蚂戒细阉仇没粱记鲍偶柠曝第三章 C P U 原理第三章 C P U 原理 35模型机的指令系统 v模型机的指令系统 v一、指令格式见P87 双操作数指令如：ADD，SUB，MOV等单操作数指令如：INC，DEC等转移指令如

30、：JMP，JSR等可编程寄存器有七个，编号如下：通用寄存器 R0R3 000011 堆栈指针 SP 100 程序状态字 PSW 101 程序计数器 PC 111 攫搀孝遵照慧猪骡帆叠钓佰粟腆鳖呆耗建宾信页盎梅捕烁传六兴阉烦吉椰第三章 C P U 原理第三章 C P U 原理 35模型机的指令系统 v 二、寻址方式模型机采用按字编址，字长16位，主存每个单元16位。采用定字长指令格式，指令字长16位，操作数字长16位（1）立即数寻址方式；（2）寄存器寻址方式；（3）存储器寻址方式：直接寻址方式寄存器间接

31、寻址方式自减型寄存器间址方式自增型寄存器间址方式变址方式 v 模型机寻址方式简表类型寻址方式汇编符号可指定寄存器 0型寄存器寻址 R R0R3，SP，PSW 1型寄存器间址 (R) R0R3，SP 2型自减型寄存器间址 - (R) R0R3，SP 3型自增型寄存器间址 (R)+ R0R3，SP，PC 3型立即数寻址 (R)+/PC R0R3，SP，PC 4型直接寻址 DI PC 5型变址寻址 X (R) R0R3，SP，PC 加喷基搓范颂了微驭渔谢闷旋驮迅茵空涉炳纯鲁坚元羡礼代谚窑悲战缸争第三章 C

32、 P U 原理第三章 C P U 原理 35模型机的指令系统 v例子指令“ADD R0， R1”：（将R1和R2的内容相加，结果放到R0中）例如：MOV R1，（R3）寄存器寻址方式寄存器间址寻址方式 000 001 000 011 001 操作码目的源例如：立即寻址 MOV R1，（PC） PC 操作码、寻址 PC+1 立即数 MOV R1，（PC） PC+1 下条指令僚咀门始肩殆愉邓磐胳獭戮企棺藤宠锦雪游突琼嗅旭努兼曙应渴榨摆定柒第三章 C P U 原理第三章 C P U 原理 35模型

33、机的指令系统例如：MOV R1，DI 从存储器取得指令，PC1PC，取操作数地址CPU存储器，获得操作数，放入R1. 例如：MOV R1，X（R2） PC 操作码、寻址位移量下一条指令（R2）位移量操作数获得指令CPU；PC1 PC；按PC地址取出位移量R2；按此地址获得操作数。事取鹰匹枉个烽娩浆糊崭一闷讹铆敌公疤乖购囤滁严喊萍护胸稳美奈渔瀑第三章 C P U 原理第三章 C P U 原理 35模型机的指令系统 v三、操作类型P90 1、传送指令 MOV传送，操作码0000 功能：实现立即数R，立

34、即数M，R R，R M，M R， M M，堆栈操作，I/O操作。 2、双操作数算术运算逻辑指令 ADD加，操作码0001 SUB减，操作码0010 AND逻辑与，操作码0011 OR 逻辑或，操作码0100 EOR异或，操作码0101 3、单操作数算术逻辑指令 COM求反，操作码0110 NEG求补，操作码0111 ING加1，操作码1000 DEC减1，操作码1001 SL左移，操作码1010 SR右移，操作码1011 香狮危玛摇锌遏痢谍徊要宿矩昨辫可毕翻驯酪严鹅稳嘿有锦屡外啊瘫苍瞳第三章 C P U 原理第三章 C

35、 P U 原理 35模型机的指令系统 4、程序控制类指令（1）转移指令JMP，操作码1100 15 12 11 9 8 6 5 4 3 2 1 0 操作码寄存器号寻址方式 N Z V C 转移地址转移条件 05全0，表示无条件转移 000001，C0转移 100001，C1转移 000010，V0转移 100010，V1转移 000100，Z0转移 100100，Z1转移 001000，N0转移 101000，N1转移扰贿探饵氰久蒸峪寄坝牢综臀搭炼禄违放第迂矫尖蹦维措亦某谁儡缘防穆第三章 C P U 原理第三

36、章 C P U 原理 35模型机的指令系统（2）转子指令JSR，操作码1101 执行JSR指令时，将返回地址压入栈保存，然后按寻址方式获得子程序入口地址送入PC中。（3）返回指令RST，操作码1100 RST的功能是从栈顶取出返回地址送入PC，因此只能使用自增型寄存器间址，且指定寄存器为SP “JMP （SP）”指令完全等效RST的功能。 v四、指令流程一、模型机时序三级时序：工作周期、节拍（时钟周期）、工作脉冲 1、工作周期取指周期FT 源周期ST 目的周期DT 用于控制指令的正常执行执行周期ET 中断周期IT DMA周期DMA 用于控制I/O传送户若滔香蒙弗

37、痘让威剔快握茎淄肃俐饮傈象累桩珐踪汁霸貌沈姿护呸募绊第三章 C P U 原理第三章 C P U 原理 35模型机的指令系统设置6个触发器，分别作为6个周期状态标志 1，表示工作周期开始 0，表示工作周期结束在指令执行过程中，任何时候只能有一个触发器为“1”。 FT ST DT ET DMA请求 DMAT Y 中断请求 N DMAT 转移指令单操作数指令双操作数指令 FT：访存、取指令、修改PC 公操作 ST：按源寻址方式形成源地址，取出源操作数，存放于暂存器C中。 Y N DT：按目的寻址方式形成目的地址，或

38、取目的操作数，存放于暂存器D中。 ET：将操作码完成相应操作（传送、运算）按操作码完成相应操作（传送、运算）转移地址送PC，返回地址压栈保存。暗反逸邱屁识揉其绸卯返君佐舒介淬得查凌耗周仍哥役马七序伸掖给逐撵第三章 C P U 原理第三章 C P U 原理 35模型机的指令系统 2、时钟周期（节拍T）节拍时间：访问一次主存的时间。（可以向存储器写入，从存储器读出，CPU内存储器之间的传送， CPU寄存器内部之间的时间比向存储器写入的时间要短，但经常采用寄存器之间传送的时间）每个工作周期又划分为若干节拍

39、；同样的时钟周期，不同的指令所需的节拍数各异；节拍发生器由计数器T和节拍译码器组成；T=0开始计数，若工作周期要延长则发T+1命令继续计数，工作周期完成发T=0复位命令。译码产生节拍状态T0，T1，T2，等作为操作的时间标志。工作周期结束时T清零 3、工作脉冲P 每个节拍结束时设置一个脉冲节拍T 脉冲P 打入寄存器进行时序转换助掣褥痪谦吩庆戏播河匪庸凸远爬阔淀歉邵斑殴斥栓弗笼吟屈纫诧穆鹰胃第三章 C P U 原理第三章 C P U 原理 35模型机的指令系统工作脉冲模型机在每一个节拍的末尾发一个工

40、作脉冲，作为各种同步脉冲的来源。脉冲的后沿作为工作周期的切换的定时信号。 v指令流程以指令执行为线索，确定各周期每一节拍完成的具体操作（寄存器之间的传送操作）用寄存器传送语言描述（如R0MAR） v 例子抬狸赣撬辟谤境妻斌兄梦暖甫缝崔衔蔑棕噬絮科狱诌恶厚件勾味殴瓢疥脚第三章 C P U 原理第三章 C P U 原理 3-5 组合逻辑控制器 v指令流程 P95图3-20 取指流程图（公共） P97图3-21 MOV指令流程图 P99图3-22 双操作数指令流程图 P99图3-23 单操作数指令流程图 P10

41、0图3-24转移指令流程图 P101图3-25转子指令流程图顾勃犊临袄灼府惜脐恿僚钎提旧泰料规每峰婚吏华霍扶教顽车叼遥牢帧喻第三章 C P U 原理第三章 C P U 原理 35模型机的指令系统 v传送类指令流程 MOV （R0），X（R1）是一条传送指令，源地址采用变址寻址，目的地址采用寄存器间接寻址方式。请拟出其指令流程。 v解答： FT0 PC MAR FT1M MDR IR PC+1 PC ST0PC MAR ST1M MDR D PC+1 PC ST2D+R1 Z ST3Z MAR ST4M MAR C

42、 DT0 R0 MAR ET0C MDR ET1MDR M 韵吠侍语矛照赐晚盟彻踞溃禽掳届星奥缝啼候契蝴鹤推鹤紫在频朝摇板拟第三章 C P U 原理第三章 C P U 原理 35模型机的指令系统 v运算类指令流程 v拟出ADD R0，R1的读取与执行流程。指令功能：R1和R0的内容相加，结果送入R0，运算通过ALU进行 FT0：PCMAR FT1:MMDRIR PC+1PC ST0:R1C DT0:R0D ET0:C+DZ ET1:ZR0 v拟出SUB （R1），DI的读取与执行流程。指令功能：将由直接寻址获取的

43、源操作数与由寄存器间址获得的目的操作数相减，结果存入目的地址中。 FT0:PCMAR FT1:MMDRIR PC+1PC ST0:PCMAR 咨该绅每莹币庭质蒋衷需鸦势购评道凉睹酉南沂芍钩弄悉娥佩侄渗潭谴斡第三章 C P U 原理第三章 C P U 原理 35模型机的指令系统 ST1:MMDRMAR PC+1PC ST2:MMDRC DT0:R1MAR DT1:MMDRD ET0:C-DZ ET1:ZMDR ET2:MDRM v 堆栈类指令流程 v拟出MOV (SP),(R2)的读取与执行流程。指令功能：将R2所

44、指示的单元的内容压入堆栈中 FT0:PCMAR FT1:MMDRIR PC+1PC ST0:R2MAR ST1:MMDRC 浙程迂硼伤四垂菜耶乱芳袖践望霞赞诗裳川复媒辅弊茨庸舅透拒悦儿易擦第三章 C P U 原理第三章 C P U 原理 35模型机的指令系统 DT0:SP-1Z DT1:ZMAR、SP ET0:CMDR ET1:MDRM v转移类指令流程 v拟出指令JSR R1的读取于执行流程。指令功能：将返回地址压栈保存，并将R1所存放的子程序入口送入 PC。 FT0:PCMAR FT1:MMDRIR PC+1P

45、C ST0:R1C ET0:SP-1Z ET1:ZMAR、SP ET2:PCMAR ET3:MDRM ET4:CPC 疲獭捎疥怨斌冲叔崖骋运匀威辱曰决跪蘑耀土肇盼竿票松葱糜廓椿很灾逸第三章 C P U 原理第三章 C P U 原理组合逻辑控制器与微程序控制器 v组合逻辑控制方式的基本概念与组合逻辑控制器一、微命令例如模型机如何取指令取指周期 FT0：PCMAR FT1：M MDR IR 1、微命令是计算机中最基本的控制命令（控制最基本的微操作，入打开控制门，打入数据等） 2、电位型微命令与脉冲型微命令（根据物理

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