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計算機組成原理——思維導圖分享
五、中央處理器CPU
5.1 CPU的功能和基本結構
運算器：對數據進行加工；控制器：負責協調並控制計算機各部件執行程序的指令序列。
CPU基本結構
運算器：ALU、ACC、通用寄存器組（AX、BX、CX、DX、SP）、PSW（OP、SP、ZF、CF）、移位器、計數器（CT）；
控制器：PC、IR、指令譯碼器（無地址譯碼器）、MAR、MDR、時序系統、微操作信號發生器；
寄存器分類：用戶可見（通用寄存器組、PSW）；用戶透明（MAR、MDR/IR）；
習題：
12.程序計數器的位數=存儲器地址的位數->取決於存儲器的容量；
13.指令寄存器的位數取決於指令字長；
14.CPU中通用寄存器的位數取決於機器字長；
19.指令譯碼器僅對指令的操作碼字段進行譯碼；
20.CPU中不包括地址譯碼器；
23.
24.CPU中有哪些專用寄存器
CPU中專用寄存器有程序計數器（PC）、指令寄存器（IR）、存儲器數據寄存器（MDR）、存儲器地址寄存器（MAR）和程序狀態字寄存器(PSW）
5.2 指令執行過程
指令週期
指令週期的數據流：
見書P184;
習題：
7.跳轉指令指令週期內，PC值被修改2次。
11.機器週期通常由存取週期來確定。
15.
A
16.
取指操作是控制器固有的功能，不需要在操作碼控制下完成。
控制器可以區分存儲單元中存放的是指令還是數據；
18.
5.3 CPU數據通路
習題：P192
答案：
5.4 控制器的功能和工作原理
硬佈線控制器：
由複雜的組合邏輯門和一些觸發器構成，又稱爲組合邏輯控制器。
硬佈線控制單元圖：
CU的輸入信號來源：
（1）經指令譯碼器譯碼產生的指令信息。
（2）時序系統產生的機器週期信號和節拍信號
（3）來自執行單元的反饋信號即標誌。
注意：控制單元還接收來自系統總線（控制總線）的控制信號，如中斷請求、DMA請求。
CPU的控制方式：
同步控制方式、異步控制方式、聯合控制方式
微程序控制器：
微指令的編碼方式：
直接編碼方式
直接編碼（直接控制）方式無需譯碼
互斥性微命令組合在同一字段；相容性微命令組合在不同字段中；
微地址形成方式：
（1）直接由微指令的下地址字段指出，又稱爲斷定方式；
（2）根據機器指令的操作碼形成
微指令格式：
一條水平型微指令定義並執行幾種並行的基本操作；
一條垂直型微指令定義並執行一種基本操作；
考慮到需要形成後繼指令地址，
微程序控制器與硬佈線控制器的對比
習題：
3．
4．形成微程序入口地址的是機器指令的操作碼字段；
9．
硬佈線控制器相比於微指令控制器時序系統更爲簡單；
12．
水平型微指令微指令字長，微程序短；垂直型微指令則相反
18．
20．
狀態條件寄存器屬於運算器部件；
5.5 指令流水線
分類
影響因素
數據相關解決方法：
控制相關解決方法：
性能指標：
吞吐率、加速比、效率
基本技術
超標量流水線技術
超流水線（空間（資源）換時間）
每個時鐘週期內可併發多條獨立指令，即以並行操作方式將兩條或多條指令編譯並執行，爲此需配置多個功能部件。
在一個時鐘週期內再分段，在一個時鐘週期內一個功能部件使用多次。
超長指令字
習題
3.流水CPU利用的是時間並行性；大多數CISC也使用流水線技術；
4.
5.
6.按序流水線只會發生RAW相關，不會發生WAR、WAW相關；
15.
