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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
第五章 中央处理器(CPU)
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

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
第五章 中央处理器(CPU)
(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
第五章 中央处理器(CPU)
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
第五章 中央处理器(CPU)
ABUS
DBUS CBUS
MAR-ABUS
MAR-IBUS
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