第五章 中央处理器(CPU)PPT.ppt

PPCC IBUS-PC
PC+1 0-PC
控制信号 CU
IR IBIBUUSS-I-RIR
R地址
TS HALT
4、ALU部件及控制部件
ALU部件基本运算：ADDC，SUBC，ANDC， ORC，XORC，NOTC，INCAC，DECAC等
例：BX+RBL W AX所产生的控制信号为： R地址（BX），RE，W-B，R-IBUS， IBUS-RA，RBL-IBUS，IBUS-RB， ADDC，ALU-IBUS，R地址（AX），WE， W-B
第五章 中央处理器（CPU）
2、单操作数指令代码格式
7 1 0 76 5 3 20
OPCODE W MOD OP2 R/M
B1操作特征
B2寻址特征
disp-low disp-high B3-B4位移量 • 操作码扩展：OPCODE=1111111 • OP2为辅助操作码
第五章 中央处理器（CPU）
第五章 中央处理器（CPU）
（3）移位指令 SAL/SAR/SHL/SHR/ROL/ROR DST，1 指令功能： OP（DST）DST 寻址方式同MOV 采用单操作数指令代码格式
第五章 中央处理器（CPU）
（2）PUSH SRC （SP）-2 SP，（SRC） （SP） SRC为R，为单字节指令 SRC为M，为2 — 4字节 （3）POP DST ( (SP)） DST，（SP）+2 SP DST为R， 为单字节指令 DST为M，为2 — 4字节
DBUS CBUS
MAMRA-RA-BAUBSUS
MAR-IBUS
MAR IBUS-MAR
MMDDRR-I-BIBUUSS
IBUS
MDR-DBUS
MMDDRR
BBUUSS--MMDDRR II--DDBBUUSS
MUX
RBL IBUS-RBL
RBL-IBUS
MRD MWR WW--BB
主存 Memory
模型机CPU的总体结构
3、CPU中寄存器设置 （1）寄存器组
第五章 中央处理器（CPU）
将某通用寄 存器内容送
内总线
数据R
地址 R
R-IBUS
AH AL
读某个通用 寄存器
BH BL CH CL DH DL
SP BP
RE
写某个通用 寄存器
WE
DI
W-B
SI
字/字节
R地址 操作
3、CPU中寄存器设置 （1）寄存器组
第五章 中央处理器（CPU）
三、时序系统
组合逻辑控制时序系统的组成
FI DST… EXC
机器周期状 态发生器
T1 T2 … Tn
节拍电位 发生器
启动 停止
CLK 时钟脉冲信 号发生器
主振信号
第五章 中央处理器（CPU）
三、时序系统 微程序控制时序系统的组成
启动 停止
T1 T2 … Tn
节拍电位 发生器 CLK 时钟脉冲CLK 信号发生器
第五章 中央处理器（CPU）
3、逻辑运算类指令
（1） 双操作数： • AND/OR /XOR DST ，SRC • 寻址方式与指令代码格式、长度同MOV • 指令功能：（DST ）OP（SRC） DST
第五章 中央处理器（CPU）
（2）单操作数 NOT DST 指令功能：OP（DST）DST 寻址方式同MOV 采用单操作数指令代码格式，长度2-4字节。
第五章 中央处理器（CPU）
RR-IBUS
AH AL
BH BL
CH CL DH DL
SP BP
RREE WE W-B
DI
SI R地址
IBUS
3、CPU中寄存器设置 （2）总线暂存器RBL
例：AX W RBL：R地址（AX），RE， W-B、R-IBUS、IBUS-RBL
第五章 中央处理器（CPU）
主振信号
第五章 中央处理器（CPU）
四、指令系统 （一）指令格式
1、双操作数指令代码格式: 长度1-6B
OP(6) d w MOD REG R/M 位移量低 位移量高 立即数低 立即数高
第五章 中央处理器（CPU）
指令 目的操作数 源操作数 操作特征部分
MOV REG
R/M 10 00 10 dw
MOV M
Imm 11 00 01 1w
ADD REG
R/M 00 00 00 dw
ADD R/M
Imm 10 00 00 0w
AND R/M
REG 00 10 00 dw
AND R/M
Imm 10 00 00 0w
d=1，目的操作数由REG字段给出
w=1，字操作
REG 000 001 010 011 100 101 110 111
1100011 1 00 000 110 00H 20H
78H 56H
•C7 06 00 20 78 56H
第五章 中央处理器（CPU）
例2 ：指令ADD AX, BX。这条指令的代码如何？ •03 C3H
解： OPCODE d W MOD REG R/M 000000 1 1 11 000 011
模型机CPU的总体结构
CPU的设计步骤大致如下：
1、确定总体结构，设计数据通路及相应控制信号； 2、设计指令系统及时序系统，拟定指令流程，确定
微操作控制信号； 3、设计产生各种微操作控制信号的控制部件
两种类型——组合逻辑控制器、微程序控制器
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模型机CPU的总体结构
以8086的结构及指令系统为基础简化设计模型机
RBL IBUS-RBL
RBL-IBUS
MRD MWR W-B
主存 Memory
0000H 0002H
0001H 0003H
FFFEH
偶体
FFFFH
奇体
R-IBUS
RE
寄 WE 存 器 W-B
组
IBUS-RA IBUS-RB
RA RB
ADDC
SUBC ANDC ORC
ALU
IBUS-SR
SHLC
SALC …… ROLC
控制部件CU
第五章 中央处理器（CPU）
第二节 指令周期与指令流程
时序控制方式：微操作与时序信号之间采取何种关系。 一、同步控制方式
各项微操作由统一的时序信号进行同步控制。 二、同步控制方式的多级时序系统 多级时序概念： （1）指令周期：执行一条指令的时间。 （2）机器周期：（CPU工作周期）
把指令周期分成若干个子周期，每个子周期称为 机器周期。 （3）节拍（时钟周期）：完成一步基本操作的时间段。 （4）时钟脉冲信号：时序系统的基本定时信号。
第五章 中央处理器（CPU）
T1 T2 T3 T1 T2 T3 T1 T2 T3 T4 T1 节拍
CLK
取指周期 取数周期
执行周期
指令周期
第五章 中央处理器（CPU）
第五章 中央处理器（CPU）
3、CPU中寄存器设置
（4）IR（指令寄存器）
16位，只存指令的前2个字节（前两个字节为操 作码和寻址方式）。 IBUS-IR用于控制将IBUS上的指令打入 IR。
（5）PC（程序计数器）
16位专用寄存器，具有自增功能。 一条指令结束前必须自动改变成下地址。
例3 ：指令INC AL。这条指令的代码如何？ •FE C0H
解： OPCODE W MOD REG R/M 1111111 0 11 000 000
第五章 中央处理器（CPU）
（二）指令分类 1、数据传送类指令
（1）MOV DST，SRC — （SRC）DST SRC可采用立即寻址、R寻址、直接寻址、R间 址、变址/基址、基址变址寻址等。 DST不能采用立即寻址，其他同SRC。 采用双操作数指令代码格式，长度为2-6字节。
第五章 中央处理器（CPU）
2、算术运算类指令
（1）双操作数： • ADD/SUB DST ，SRC • 寻址方式与指令代码格式、长度同MOV • 指令功能：（DST ）OP（SRC） DST
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（2）单操作数 INC/DEC DST 指令功能：OP（DST）DST 寻址方式同MOV 采用单操作数指令代码格式，长度2-4字节。
010 (BP)+(SI) (BP)+(SI)+D8 (BP)+(SI)+D16 DL/DX
011 (BP)+(DI) (BP)+(DI)+D8 (BP)+(DI)+D16 BL/BX
100 (SI) (SI)+D8
(SI)+D16
AH/SP
101 (DI) (DI)+D8
(DI)+D16
CH/BP
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IBUS
PPCC--IBUS PC IIBBUUSS--PPCC PC+1 0-PC IR IIBBUUSS--IIRR
3、CPU中寄存器设置 （6）MAR和MDR
MAR : 地址 => MAR => ABUS • MDR : R <=> MDR <=> DBUS <=> M • 对主存的控制信号：MRD（读），MWR（写）， W-B（字/字节）
1、总体结构
单BUS结构：CPU、存储器及I/O部件挂接在一 组系统总线上，同步方式工作
只保留EU结构
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ABUS
DBUS CBUS
MAR-ABUS
MAR-IBUS