5.1 CPU的功能和基本结构

==问题：CPU需要提供哪些功能？对应功能需要有哪些结构？==

1.运算器

  • 专用数据通路方式：根据指令执行过程中的数据和地址流动方向安排连接线路
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  • 内部单总线方式：将所有寄存器的输入端和输出端都连接到一条公共的通路上。
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2.控制器

  • ==PC的值什么时候修改？==

    • 顺序执行时：取值周期结束后立即修改
    • 转移指令时：执行周期中修改（覆盖掉了取值周期结束后的+1）
    • 条件转移时：如果满足转移：在执行周期中修改；如果不满足转移：保持为取值周期结束后的+1。

  • ==PC的位数？==

    • 取决于：存储器容量 和 指令字长。
    • 如果用字节地址（8bit）表示指令地址，PC位数＝存储器的地址长度
    • 如果用字地址（多少多少个字节凑一起）表示指令地址，PC位数 = 存储器的地址长度 - log₂（需要存储的指令的字节数）
      • 原因是：eg一个指令4字节，变长了，存储器放不下那么多个指令了，得减少一点。
      • 32 - log₂(4) = 32 - 2 = 30位。

  • ==“+1”：==

    • 1指的是一条指令的长度，并不一定是1。根据不同的指令长度确定（例如指令长度4字节，就应该+4）

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3.==CPU==

  • ==四大部分：ALU，寄存器，中断系统，CU控制单元==

  • 本章重点：CU

  • 用户可见寄存器：PSW，ACC，PC，通用寄存器

  • ==用户不可见寄存器：IR，MAR，MDR，暂存寄存器，累加寄存器ACC，移位寄存器IX==

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4.CPU（运算器+控制器）的功能

CPU 运算器 控制器
指令控制 对数据进行加工 取指令
操作控制 分析指令
时间控制 执行指令
数据加工 中断处理
中断处理