第二章 CPU结构

高级计算机系统结构
第二章 Intel 系列处理器
三、80286的工作模式
(一) 实地址模式
(二) 虚地址保护模式
1. 虚地址保护模式的基本概念
(1) 虚地址 (2) 保护
保护什么? —对存储空间的(数据和程序的)保护 为什么需要保护? — 多任务机制的引入
保护的具体内容是什么? — 地址空间上的保护
执行某任务的时间)
高级计算机系统结构
三、流水线的相关与冲突 1、流水线相关
第三章 并行技术和高端处理器
数据相关(真数据相关)、名相关、控制相关
2、流水线冲突 (1) 数据冲突 (2) 控制冲突 (3)资源冲突
四、分支预测技术 分为静态分支预则和动态分支预则。
第二节 向量处理技术
1. 水平(横向)处理方式 2. 垂直(纵向)处理方式 3. 分组(纵横)处理方式
例1. 假设一种指令集的每一条指令的执行分为三个阶 段,分别为“取指”、“译码”、“执行”, 每一阶 段所需时间分别为1个时钟、2个时钟、3个时钟, 每一个时钟长度为t。试画出连续执行5条指令的 流水线执行图, 并给出执行N条指令所需时间的表 达式(不考虑数据相关、控制相关等流水线阻塞)。
t 2t 3t
2. 处理器中的“准备好”信号READY的作用是什么? 3. 说明如何计算80286的虚地址空间。
4. 什么是地址流水线？它的作用是什么?
5. 在Intel8086处理器中, 任务切换标志的含义和作用 是什么?
6. 在80386/80486中, 地址线中为什么没有A0和A1, 在 这种情况下, 如何实现对存储器的访问？
高级计算机系统结构 课程总结
高级计算机系统结构
第二章 Intel 系列处理器

第二章 DSP芯片结构和CPU外围电路
2.3通用定时器
一、组成和框图 ▪ C5509 DSP片内有两个定时器：Timer0，Timer1； ▪ 具有定时或计数功能。计数器在每个时钟周期减1，当减到0就 产生一个输出信号。该输出信号可用于中断CPU或触发DMA传输 (称为定时器事件)。 ▪ 定时器由时钟、控制寄存器、计数器和定时器事件等部分构成。
第二章 DSP芯片结构和CPU外围电路
四、定时器控制寄存器TCR
▪ IDLE_EN：省电控制使能位，0：禁止省电模式，1：允许省电模式
▪ INT/EXT：时钟源从内部切换到外部的指示标志，当时钟源从内部切换到 外部要检测此位来决定是否准备好使用外部时钟。
0：定时器没准备好使用IM：定时器错误标志，0：正常，1：错误
支持的接口有：
▪ 包括异步 SRAM、ROM、FLASH(闪速存储器) 、EPROM等，EMIF能 够提供可配置的定时参数，提供高度灵活的存储器时序。每个接口都 可以支持
▪ 程序代码访问 ▪ 32bit数据访问、16bit数据访问、8bit数据访问。
第二章 DSP芯片结构和CPU外围电路
2.1.2 TMS320C55x CPU
CPU有4个功能单元：指令缓冲单元(I单元)，程序流程单元(P单元) ，地址数 据流程单元(A单元)和数据计算单元(D单元)
CPU结构示意图
第二章 DSP芯片结构和CPU外围电路
▪ A单元16位ALU的功能
能接收I单元数据，又能够和存储器、I/O空间、A单元寄存器、 D单元寄存器和P单元寄存器进行数据交换，完成算术、逻辑、 位操作、移位、测试、旋转等操作。A单元包括的寄存器有下 列4种类型：
1)数据页寄存器(Data Page Register)：DPH、DP、（接口数据 页）PDP

DS ES SS CS 地 址 加 法 IP 器 地 址 总 线 AB
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物理地址PA = 段地址 ＋ 偏移地址 = ( 段寄存器 ) × 10H + 偏移地址 或段寄存器的内容左移4位，加上偏移地址
例：某内存单元的段地址由DS、偏移地址由BX给出。
2.5 16位结构的CPU

概括的讲，16位结构描述了一个CPU具有 以下几个方面特征：

1、运算器一次最多可以处理16位的数据。 2、寄存器的最大宽度为16位。 3、寄存器和运算器之间的通路是16位的。


2.6 8086CPU给出物理地址的方法


8086有20位地址总线，可传送20 位地址，寻址能力为1M。 8086内部为16位结构，它只能传送 16位的地址，表现出的寻址能力却 只有64K。
2.7 “段地址×16+偏移地址=物理地址” 的本质含义

两个比喻说明：

说明“基础地址+偏移地址 = 物理地址” 的思想：第一个比喻 说明“段地址×16+偏移地址=物理地址” 的思想：第二个比喻 8086CPU就是这样一个只能提供两张3位 数据纸条的CPU。

2.8 段的概念

错误认识：

内存被划分成了一个一个的段，每一个 段有一个段地址。
通用寄存器
数据寄存器（AX，BX，CX，DX） 地址指针寄存器（SP，BP） 变址寄存器（SI，DI）
5
2.1 通用寄存器



8086CPU所有的寄存器都是16位的， 可以存放两个字节。 AX、BX、CX、DX 通常用来存放一般 性数据被称为通用寄存器。 下面以AX为例，我们看一下寄存器的 逻辑结构。

系统基本构成
1. 硬件 （1）基本单元 （2）扩展单元 （3）特殊功能模块 （4）相关设备 2. 工业软件 工业软件是为更好地管理和使用这些设备而开发的 与之相配套的程序、文档及其规则的总和，它主要 由标准工具、工程工具、运行软件和人机接口等几 大类构成。
主机结构
1. 各CPU介绍及I/O系统 （1）主机外形 SIMATIC S7-200系统CPU 22X系列PLC主机（CPU模块）的外形如 图所示：
晶闸管输出方式。 其特点是输出启动 电流大。当PLC有信 号输出时，光电二 极管导通，通过光 电耦合使双向可控 硅(晶闸管)导通，交 流负载在外部交流 电源的激励下得电。 发光二极管VL点亮， 指示输出有效。
R1 内 部 电 路 (AC SSR) VL 压 敏 U 电 阻 C
OUT R2负载Fra bibliotekCOM
第12页图2-9中:
Q0.0最小滞后SB1按钮几个扫描周期？ 最大滞后几个扫描周期？
思考：
M100(上) Y1
X2
M100
M100(下)
Y2
Y1最小、最大滞后X2按钮几个扫描周期？
3.5 S7-200系列PLC程序概念
3.4.1 梯形图编辑器（LAD） 3.4.2 语句表编辑器（STL） 3.4.3 功能块图编辑器（FBD）
I/O模块
输出模块 ：第8页图2-3 输出模块：分晶体管、晶闸管、继电器三种方式 数字量输出模块的每一个输出点能控制一个用 户的离散型（ON/OFF）负载。典型的负载包括：继 电器线圈，接触器线圈、电磁阀线圈、指示灯等。 每一个输出点与一个且仅与一个输出电路相连， 输出电路把CPU运算处理的结果转换成能够驱动现 场执行机构的各种大功率的开关信号。PLC的输出 端子是PLC向外部负载发出控制命令的窗口。