第三部分 第六章 中央处理器-【教学与检测】中职专业课 计算机专业综合（下）

教学与检测·计算机应用专业综合·下 第六章 中央处理器 ### 学习日标 内容 了解 理解 掌握 CPU的功能 / CPU的基本组成 两种时序控制方式 指令周期的基本概念 微程序控制器的基本概念及组成原理 当前最先进的CPU技术 知识梳理 1. 中央处理器又称CPU,包括运算器、控制器及Cache 2.CPU的主要功能有:指令控制、操作控制、时间控制、数据加工。 3. 运算器包括算术逻辑运算单元ALU、通用寄存器组、累加器ACC、状态寄存器PSW、 多路开关和数据总线。 (1)ALU的作用是进行算术运算、逻辑运算、移位操作等。 (2)ACC的作用是向CPU提供一个操作数,存放运算结果或暂存中间结果,一个ALU中 至少有一个累加器。 (3)状态寄存器用来保存各类指令的状态结果,为后续指令的执行提供判断条件 4. 控制器主要由程序计数器PC、指令寄存器IR、指令译码器ID、控制信号发生器和时序 产生器组成。 (1)程序计数器(PC)用来保存下条待执行指令的地址。 (2)指令寄存器(IR)用来保存正在执行的指令 (3)缓冲寄存器(DR)用来暂时存放CPU从主存读来的一条指令字或一个数据字。 (4)地址寄存器(MAR)用来保存当前所要访问的主存单元或I/O端口的地址,是CPU与 内存或外设之间的地址缓冲寄存器。 5. 时序是指计算机的时间控制。 时序控制方式分为同步控制和异步控制两大类。 同步控制的优缺点:时序关系比较简单,控制部件在结构上易于集中,设计方便;时间上安 排不经济。 异步控制的优缺点:采用应答方式,时间紧凑,能按不同部件和设备的实际需要分配时间 实现异步应答所需的控制比较复杂。 6. 时钟周期又称为节拍,是指时钟脉冲的重复周期,是计算机主频的倒数。它是计算机 中处理操作的最基本的时间周期。每个时钟周期完成一步操作,如一次传送、加减等 第六章 中央处理器 7.CPU周期又称工作周期,是指计算机完成一个基本操作所需的时间。 。一个工作周期一 般由若于个时钟周期组成,按CPU的基本操作,它可分为取指周期、执行周期等。 8.指令周期。 在计算机中,从一条指令的读取开始时刻到指令执行结束时刻,这一段时间间隔称为指令 周期。不同类型的指令,其指令周期的长短可不同,指令周期由若干个CPU周期组成。 一个指令周期至少需要两个机器周期,而每一个机器周期又包含若干个时钟周期。 9. 四类典型的指令。 (1)非访问指令,需要2个CPU工作周期;(2)直接访问指令,需要3个CPU工作周期 (3)间接访问指令,需要4个CPU工作周期;(4)程序控制指令,需要2个CPU工作周期。 每一个指令的第一个CPU周期均为取指周期。 10. 微程序控制。 微程序控制和组合逻辑控制是微命令产生的两种方式。 (1)微命令:构成信号序列的最小单位,也称微信号。 (2)微操作;由微命令控制实现的最基本操作称为微操作。 (3)微周期:从控制存储器读取一条微命令,并执行相应的操作所需的时间称为微周期,也 称微指令周期。 (4)微指令:每个微周期的操作所需的微命令组成一条微指令。 (5)微程序:一系列微指令的有序集合称为微程序。 一条机器指令对应一段微程序。微程序由若干条微指令组成。一条机器指令的功能由若 干条微指令解释。 (6)控制存储器:是存放微程序的只读存储器,也称为微程序存储器。 11.主要典型的CPU技术. (1)CISC技术 传统方法设计的计算机指令系统称为复杂指令系统,英文缩写为CISC。此特点是由于指 令条数过多而反过来使CPU速度变慢 (2)RISC技术 RISC是精简指令系统计算机的简称。特点有:指令数目较少、指令长度固定、大多数指令 可在一个机器周期内完成、通用寄存器数量多 (3)流水线(Pipeline)技术 流水线技术是Intel首次在486芯片中开始使用的。在CPU中由5~6个不同功能的电 路单元组成一条指令处理流水线,然后将一条×86指令分成5~6步后再由这些电路单元分 别执行,这样就能实现在一个时钟周期完成一条指令,因此流水线的使用主要是为了提高 CPU的运算速度。 (4)超流水线(Superpipelined)技术 超流水线是指CPU内部的流水线超过通常的5~6步以上,将流水线设计的步(级)数越 多,其完成一条指令的速度越快,因此才能适应主频更高的CPU。其实质是以时间换取空间。 (5)超标量(Superscalar)技术 超标量是指在CPU中有一条以上的流水线,并且每个时钟周期内通过并行操作完成一 条以上的指令。其实质是以空间换取时间。 教学与检测·计算机应用专业综合·下 第一节 CPU的功能及组成 一、单项选择题 1. 下列属于控制器组成部件的是 )。 B. 累加器 A.状态寄存器 C.指令寄存器 D.ALU 2. 保证各功能部件组