ID IR PC R0 R1
… IR→B PC→B R0→B R1→B R7→B MAR→B TEMP→B
B
MAR
ABUS
主存
R7 MDR TEMP Y
A B
F→MDR F→TEMP
ADD R0，(R1)
F→Y
ADD SUB INC DEC
G
Gon
指令流程如下： (1)(PC)→MAR，Read (2) (PC)＋1→PC (3) M→MDR→IR (4)(R1)→MAR，Read (5) M→MDR→Y (6)(Y)＋(R0)→R0
例2：分析双总线结构的CPU中，指令 ADD R0，(R1)的指令流程和控制信号。
设ALU的功能有：
F＝A＋B（ADD），F＝A－B（SUB）， F＝A＋1（INC），F＝A－1（DEC），F＝A
可通过总线连接器G将总线B的信息直接传到F总线。其
控制信号为Gon。
F
F→IR F→MAR F→PC F→R0 F→R! Read Write DBUS F→R7
器、存储器、I/O设备等联系成一个有机的系统，并根据 各部件具体要求，适时地发出各种控制命令，控制计算
机各部件自动、协调地进行工作。
◆ 功能：根据事先编好并存放在存储器中的解题程
序，控制各部件有条不紊地、自动协调地进行工作。
指令
转移地址 PC 程序计数器
IR
操作码 地址码
+1 reset
启停线路 CLK 脉冲源 时序控制 信号形成部件 指令译码器 地址码
3.时间控制：对各种操作实施时间上的控制。
4.数据加工：对数据进行算术运算和逻辑运算。
6.1.2 CPU的基本组成
CPU控制整个计算机，内部有三大部分： 寄存器部分、算术/逻辑单元（ALU）、控制单元
1. 寄存器部分 除处理器指令集结构中的寄存器外，还有程序 员不能直接访问的一些寄存器。 CPU取指令过程的两个重要寄存器：
指令流程
控制信号流程
操作功能
(1) (PC)→MAR，Read， PC→B，Gon，F→MAR， 读指令操作码 Read，F→Y (PC)→Y (2) (Y)＋1→PC INC，F→PC
PC＋1→PC
(3) (MDR)→IR
MDR→B，Gon，F→IR
(4) (PC)→MAR，Read， PC→B，Gon，F→MAR， Read，F→Y (PC)→Y (5) (Y)＋1→PC (6) (MDR)→Y (7) (Y)+(R1)→MAR INC，F→PC MDR→B，Gon，F→Y R1→B，ADD，F→MAR， 计算源操作数变址 值，读源操作数 Read
((R1))＋ ( R0)→R0 指令流程如下： (1) (PC)→MAR，Read
(2) (PC)＋1→PC
(3) M→MDR→IR (4)(R1)→MAR，Read (5) M→MDR→Y (6)(Y)＋(R0)→Z
(7)(Z)→R0
＋1
习题：分析转移指令 JC D 的指令流程。 指令功能： IF C＝1 THEN (PC)＋D→PC
； PC→B，Gon，F→MAR， Read ； INC ； MDR→B，Gon，F→IR ； R1→B，Gon，F→MAR， Read ； MDR→B，Gon，F→Y ； R0→B，ADD，F→R0
例3：分析双总线结构的CPU中，指令 ADD X(R1),(R2)+ 的指令流程和控制信号。 设ALU的功能有： F＝A＋B（ADD），F＝A－B（SUB）， F＝A＋1（INC），F＝A－1（DEC），F＝A 可通过总线连接器G将总线B的信息直接传到F总线。其控 制信号为Gon。 其中：X在本条指令的下一个存储单元 源操作数有效地址:X+（R1） 目的操作数地址：（R2），然后（R2）+1 → R2
第六章
6.1 6.2
CPU设计
CPU的功能和组成 一个非常简单CPU的设计与实现
6.3
6.4
相对简单CPU的设计和实现
简单CPU的缺点
6.5
实例：8085微处理器的内部结构
同济大学 软件学院
6.1
6.1.1 CPU的功能
CPU的功能和组成
CPU有四个方面的功能：
1.指令控制：程序的顺序控制。 2.操作控制：CPU管理并产生由内存取出的每条指令 的操作信号，把各种操作信号送往相应的部件，控 制部件工作。
解：指令流程如下： (1)(PC)→MAR，Read (2) (PC)＋1 →PC (3) M→MDR→IR (4) IF C＝1 THEN(PC)→Y (5) Y＋IR(D部分)→Z (6)(Z)→PC
；送指令地址，读主存 ；PC＋1→PC ；取指令到IR ；送当前指令地址 ；计算转移地址 ；下条指令实现转移
◆ 程序计数器：用来存放下一条要取的指令的地址。 ◆ 指令寄存器：用来存储计算机正在执行的指令。
用来访问内存、外设的两个寄存器：
◆ 地址寄存器MAR
◆ 数据缓冲寄存器MDR
2. 算术/逻辑单元 执行大部分的算术和逻辑运算。 如：加、与等操作。 3. 控制单元
◆ 计算机的指挥和控制中心，由它把计算机的运算
6.1.3 指令周期
1.指令周期 处理器取出并执行一条指令的时间。 2.指令执行的基本步骤 包括读取，译码，执行三个阶段。 ◆ 读取指令 根据程序计数器PC提供的内容，从存储器中 取出指令。 ◆ 译码 分析指令的操作码，确定处理的是哪一条指 令以便选择正确的操作顺序去执行该指令。
◆ 执行指令 根据指令功能，完成所规定的操作。指令不 同，所执行的操作及顺序也不相同。 3. 举例 例1：分析单总线结构的CPU中，指令 ADD R0，(R1)的指 令流程。设前一操作数地址为目的，后一操作数地 址为源。 解： 指令功能： ((R1))＋ ( R0)→R0
(3) 指令译码器或操作码译码器 对IR中的操作码进行分析解释，产生相应的控制信号。
(4) 脉冲源及启停线路 脉冲源产生一定频率的脉冲信号作为整个
机器的时钟脉冲，是机器周期和工作脉冲的基
准信号。 启停线路控制时序信号的发生或停止，从而
启动机器工作或使之停机。
(5) 时序控制信号形成部件 根据当前指令的需要，产生相应的时序控制 信号，并根据被控功能部件的反馈信号调整时序 控制信号。
运 算 器
状态寄存器
数据总线 DB 地址总线 AB 控制总线 CB 存储器
数据 操作数 地址
I/O
控制器的基本组成
◆ 控制器的基本组成
(1) 程序计数器（PC） 指令地址寄存器，用来存放即将要执行的下一条 指令地址。具有加 “1” 和接收转移地址的功能。 (2) 指令寄存器（IR）
用来存放当前正在执行的指令。