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1、,第3章CPU子系统本章主要介绍:cPU的基本结场能部件构部件之间的数据通路GPU的设计方法模型机处理器(CISC)MIPS32处理器(RISC)1/24,3.1CPU概述CPU在计算机中的角色主机外围设备硬盘主存CPU光盘键盘显示器数据运算功能CPU是计算机中的核心部件结构最复杂、系统控制功能技术难度最高!2/24,3.11CPU的基本结构1、总体结构模型主要部件运算器(时序部件时钟时序系统信号控制部件寄存器缓存部件外部控制器片信号寄存器(堆缓存部件运算部件数据通路控制通路主存部件通过数据/控制通路数据信号控制信号互连,实现信息交互3/24,2、CPU的主要部件从硬件的角度,CPU内部的主要
2、部件包括(1)运算部件(2)缓存部件(3)寄存器通过数据通路/控制通路(4)控制器互相连接(5)时序部件各种功能部件,分别通过数据通路/控制通路互相连接形成CPU的硬件架构CPU的微架构4/24,(1)运算部件对操作数进行运算,主要是算术运算/逻辑运算基本组成如下运算结果输出逻辑ALU输入逻辑A输入逻辑B数据源操作数5/24,(2)缓存部件为提高CPU从主存中读取指令/数据的效率,在cPU内部集成了多级缓存部件。作用缓存从主存中读取的部分指令/数据内核程序的执行具有局部性CPU提前把需要的指令数据调入缓存主存L1、L2和L3就是缓存部件6/24,(3)寄存器组(堆存储各种用途的数据信息。部件选
3、用一般用小容量的多端囗存储器来构成寄存器组,其中1个存储单元作为1个寄存器基本类型如下:通用寄存器:多个通用寄存器有全局唯一地址,可通过地址码访问,可在机器指令中直接使用。功能提供操作数、地址码、存放运算结果等。7/24,暂存器特征多个,内部专用,无需分配地址码,不能在机器指令中使用主要用途用来暂存产生的临时数据,以备在后续操作过程中使用。指令寄存器(IR)主要用途只有1个,用于存放指令代码。从存储器或者指令缓存中读取到指令以后,就直接存入到指令寄存器中。8/24,程序计数器(PC)主要用途仅1个,用来指明指令在存储器中的存放位置,即存储单元的地址码。OOFFPC指令1IROOFF指令2注意取指令结束后,PC保存的地址码自动修改,以指向下一条指令的存储单元,修改量取决于指令字长和存储器的编址单位。指令存储器9/24,程序状态字寄存器(PSW)主要用途仅1个,记录现行程序的运行状态和程序的工作模式。令PSW特征位也叫标志位,反映CPU的当前状态指令执行时,根据情况自动设置这些特征位,作为后续操作的判断依据,通常有5类:进位溢出零值|负值|奇偶自动设置(具备该特征,就设置该标志位=1)10/24,
