第五章 中央处理器

概念
指令周期:指取指令、分析指令到执行完该指令所需的全部时间。
CPU周期通常又称时钟周期
通常把一条指令周期划分为若干个机器周期，每个机器周期完成一个基本操作。
主存的工作周期(存取周期)为基础来规定CPU周期，比如，可以用CPU读取一个指令字的最短时间来规定CPU周期不同的指令，可能包含不同数目的CPU周期。一个CPU周期中，包含若干个节拍脉冲（T周期），单周期、多周期的概念。
 

时序信号的作用和体制 ：

作用:
CPU中的控制器用它指挥机器的工作
CPU可以用时序信号/周期信息来辨认从内存中取出的是指令（取指）还是数据（执行)
一个CPU周期中时钟脉冲对CPU的动作有严格的约束操作控制器发出的各种信号是时间（时序信号）和空间（部件操作信号）的函数。

控制方式 ：

机器指令所包含的CPU周期数反映了指令的复杂程度，不同CPU周期的操作信号的数目和出现的先后次序也不相同。
控制方式:控制不同操作序列时序信号的方法。分为以下几种:
同步控制方式，异步控制方式，联合控制方式

同步控制方式（指令的机器周期和时钟周期数不变)完全统一的机器周期执行各种不同的指令
采用不定长机器周期中央控制于局部控制的结合异步控制方式，每条指令需要多长时间就占多长时间联合控制方式，大部分指令在固定的周期内完成，少数难以确定的操作采用异步方式
机器周期的节拍脉冲固定，但是各指令的机器周期数不固定(微程序控制器采用)

微程序控制器：基本思想:仿照解题的方法，把操作控制信号编制成微指令，存放到控制存储器里
，运行时，从控存中取出微指令，产生指令运行所需的操作控制信号。从上述可以看出，微程序设计技术是用软件方法来设计硬件的技术。

微命令和微操作
微命令:控制部件向执行部件发出的各种控制命令叫作微命令，它是构成控制序列的最小单位。
例如:打开或关闭某个控制门的电位信号、某个寄存器的打入脉冲等。微命令是控制计算机各部件完成某个基本微操作的命微操作:是微命令的操作过程。微命令和微操作是一一对应的。
微命令是微操作的控制信号，微操作是微命令的操作过程。微操作是执行部件中最基本的操作。

微命令和微操作
由于数据通路的结构关系，微操作可分为相容的和互斥的两种:
互斥的微操作，是指不能同时或不能在同一个节拍内并行执行的微操作。可以编码相容的微操作，是指能够同时或在同一个节拍内并行执行的微操作。必须各占一位。
微程序控制器的工作过程
(⑴执行取指令的公共操作。取指令的公共操作通常由一段取指
微程序来完成，在机器才分运仃的，是'付彻据吸法入D口微地址送uMAR，并从pCM中读出相应的微指令达八uIK。微指令的操作控制字段产生有关的微命令，用来控制实现取机器指令的公共操作。取指微程序的入口地址一般为uCM的0号单元，当取指微程序执行完后，从主存中取出的机器指令就已存人指令寄存器IR中了。
(2)由机器指令的操作码字段通过微地址形成部件产生出该机器指令所对应的微程序的入口地址，并送入uMA
(3)从uCM中逐条取出对应的微指令并执行之，每条微指令都能自动产生下一条微指令的地址。本章总结：

RISC中，由于流水执行，大部分指令在一个机器周期完成。时序信号产生器提供CPU周期（也称机器周期）所需的时序信号。操作控制器利用这些时序信号进行定时，有条不紊地取出一条指令并执行这条指令。
微程序设计技术是利用软件方法设计操作控制器的一门技术，具有规整性、灵活性、可维护性等一系列优点，因而在计算机设讦中得到了广泛应用。但是随着ULSI技术的发展和对机器速度的要求，硬连线逻辑设计思想又得到了重视。
硬连线控制器的基本思想是:某一微操作控制信号是指令操作码译码输出、时序信号和状态条件信号的逻辑函数，即用布尔代数写出逻辑表达式，然后用门电路、触发器等器件实现。

从简单到复杂，举出一个CPU模型以及Intel8088、IBM37OCPU等传统CPU的结构，目的在于使读者由浅入深地理解教学内容，也使读者了解了计算机技术的发展历程。这对于建立整机概念是干分重要的。不论微型机还是超级讦算机，并行处理技术已成为计算机技术发展的主流并行处理技术可贯穿于信息加工的各个步骤和阶段。
概括起来，主要有三种形式:①时间并行;②空间并行③时间并行+空间并行。
流水CPU是以时间并行性为原理构造的处理机，是一种非常经济而实用的并行技术。目前的高性能微处理机几乎无一例外地使用了流水技术。流水技术中的主要问题是资源相关、数据相关和控制相关，为此需要采取相应的技术对策，才能保证流水线畅通而不断流。