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4.1 鎸囦护绯荤粺鐨勫彂灞曚笌鎬ц兘瑕佹眰
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4.2 鎸囦护鏍煎紡
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4.3 鎸囦护鍜屾暟鎹鐨勫诲潃鏂瑰紡
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4.4 鍫嗘爤瀵诲潃
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鍫嗘爤鍘熷垯锛氬厛杩涘悗鍑恒佸悗杩涘厛鍑恒
鍫嗘爤*浣滐細
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鑱斿悎鎺у埗鏂瑰紡锛氭槸鍚屾ユ帶鍒舵柟寮忓拰寮傛ユ帶鍒剁浉缁撳悎鐨勬柟寮忋
5.4 寰绋嬪簭鎺у埗鍣
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浜嗚В寰绋嬪簭璁捐$殑浜斾釜鐩鏍囥
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姘村钩鍨嬪井鎸囦护涓庡瀭鐩村瀷鎸囦护鐨勬瘮杈冿細
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3銆佺敱姘村钩鍨嬫寚浠よВ閲婃寚浠ょ殑寰绋嬪簭锛屽叿鏈夊井鎸囦护瀛楁瘮杈冮暱锛屼絾寰绋嬪簭鐭鐨勭壒鐐癸紝鑰屽瀭鐩村瀷寰鎸囦护鍒欑浉鍙嶏紝寰鎸囦护瀛楁瘮杈冪煭鑰屽井绋嬪簭闀裤
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鍏绔 绯荤粺鎬荤嚎
6.1 鍗曟満绯荤粺鐨勬荤嚎缁撴瀯
鎬荤嚎鏄鏋勬垚璁$畻鏈虹郴缁熺殑楠ㄦ灦锛屾槸澶氫釜绯荤粺閮ㄤ欢涔嬮棿杩涜屾暟鎹浼犻佺殑鍏鍏遍氳矾銆
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6.2 鎬荤嚎鎺ュ彛
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骞惰屾暟鎹鎺ュ彛锛屾湁鏃跺張鍙绉颁负绋嬪簭杈撳叆/杈撳嚭鐢佃矾锛屽湪寰鍨嬭$畻鏈轰腑绠绉颁负PIO銆
6.3 鎬荤嚎鐨勬帶鍒跺拰閫氫俊
鏍规嵁鎬荤嚎鎺у埗閮ㄤ欢鐨勪綅缃锛屾帶鍒舵柟寮忓彲鍒嗘垚闆嗕腑寮忎笌鍒嗘暎寮忎袱绫汇傛荤嚎鎺у埗閫昏緫鍩烘湰闆嗕腑鍦ㄤ竴澶勭殑锛岀О涓洪泦涓寮忔荤嚎鎺у埗銆傛荤嚎鎺у埗閫昏緫鍒嗘暎鍦ㄦ荤嚎鍚勯儴浠朵腑鐨勶紝绉颁负鍒嗘暎寮忔荤嚎鎺у埗銆
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鎬荤嚎涓婄殑閫氫俊鏂瑰紡鏄瀹炵幇鎬荤嚎鎺у埗鍜屾暟鎹浼犻佺殑鎵嬫碉紝閫氬父鍒嗕负鍚屾ユ柟寮忓拰寮傛ユ柟寮忎袱绉嶃
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涓冪珷 澶栧洿璁惧
澶栧洿璁惧囩殑鍒掑垎鏍囧噯锛岄櫎浜嗕腑澶澶勭悊鏈哄拰鍐呭瓨涔嬪栥傝$畻鏈虹郴缁熺殑姣忎竴閮ㄥ垎閮藉彲鐪嬩綔涓涓澶栧洿璁惧囨潵鐪嬪緟銆
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7.2 鏄剧ず璁惧
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鍒嗚鲸鐜囨槸鎸囨樉绀哄櫒鎵鑳借〃绀虹殑璞$礌涓鏁般
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闅忔満鎵鎻忔槸鎺у埗鐢靛瓙鏉熷湪CRT灞忓箷涓婇殢鏈虹殑杩愬姩锛屼粠鑰屼骇鐢熷浘褰㈠拰瀛楃︺
鍏夋爡鎵鎻忓垎涓洪愯屾壂鎻忋侀殧琛屾壂鎻忋
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鍖哄垎涓昏傚浘璞°佸㈣傚浘璞°
7.3 鎵撳嵃璁惧
鏍规嵁鍗板瓧鍘熺悊锛屽垎涓哄嚮鎵撳紡鍜岄潪鍑绘墦涓ゅぇ绫汇
鍑绘墦寮忔墦鍗版満鍙堝垎涓烘椿瀛楀紡鎵撳嵃鍜岀偣闃靛紡鎵撳嵃銆
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7.4 杈撳叆璁惧
杈撳叆璁惧囧垎涓哄浘褰㈣緭鍏ャ佸浘璞¤緭鍏ャ佸0闊宠緭鍏ャ
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7.5 纭鐩樻帶鍒跺櫒
鎵璋撯滅佽〃闈㈠瓨鍌ㄢ濇槸鐢ㄦ煇浜涚佹ф潗鏂欒杽钖勫湴娑傚湪閲戝睘閾濇垨濉戞枡琛ㄩ潰浣滆浇纾佷綋鏉ュ瓨鍌ㄤ俊鎭銆傜‖鐩樼殑璁板綍鏂瑰紡鍒嗕负褰掗浂鍒讹紙RZ锛夛紝涓嶅綊闆跺埗锛圢RZ锛夈佽皟鐩稿埗锛圥M锛夊拰璋冮戝埗锛團M锛
纾佺洏瀛樺偍鐨勪富瑕佹寚鏍囨湁锛氬瓨鍌ㄥ瘑搴︺佸瓨鍌ㄥ归噺銆佸瓨鍙栨椂闂村強鏁版嵁浼犺緭鐜囥
7.6 杞鐩樻帶鍒跺櫒
杞纾佺洏瀛樺偍鍣ㄧ敱杞鐩橀┍鍔ㄥ櫒銆佽蒋鐩樻帶鍒跺櫒銆佽蒋纾佺洏鐗囦笁澶ч儴鍒嗙粍鎴愩
7.8 澶氬獟浣撴妧鏈
澶氬獟浣撴妧鏈鐨勪笁涓鐗圭偣锛
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2銆佸氱嶅舰寮忎俊鎭鐨勭患鍚堜笌闆嗘垚澶勭悊銆
3銆佸氬獟浣撴妧鏈鐨勪氦浜掓с
鍏绔 杈撳叆杈撳嚭绯荤粺
璁$畻鏈虹殑杈撳叆杈撳嚭绯荤粺绠绉颁负I/O绯荤粺锛屽畠鍖呮嫭I/O鎺ュ彛銆両/O绠$悊閮ㄤ欢鍙婃湁鍏宠蒋浠躲
8.1 澶栧洿璁惧囩殑瀹氭椂鏂瑰紡涓庝俊鎭浜ゆ崲鏂瑰紡
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8.2 绋嬪簭鏌ヨ㈡柟寮
杩欑嶆柟寮忓張绉颁负绋嬪簭鎺у埗I/O鏂瑰紡銆傝繖绉嶆柟寮忔瘮杈冪粡娴庛佸彧闇寰堝皯鐨勭‖浠躲佸湪寰鍨嬫満涓鏉ュ疄鐜颁綆閫熻惧囩殑杈撳叆杈撳嚭绠$悊銆
澶栧洿璁惧囨湁涓ょ嶄笉鍚岀殑缂栧潃鏂规硶锛氱粺涓缂栧潃娉曞拰鍗曠嫭缂栧潃娉曘
缁熶竴缂栧潃娉曪細鏄鎸囪緭鍏/杈撳嚭璁惧囦腑鐨勬帶鍒跺瘎瀛樺櫒銆佹暟鎹瀵勫瓨鍣ㄣ佺姸鎬佸瘎瀛樺櫒绛変篃鍜屽唴瀛樺崟鍏冧竴鏍风湅寰咃紝灏嗗畠浠鍜屽唴瀛樺崟鍏冭仈鍚堝湪涓璧风紪鎺掑湴鍧銆
绋嬪簭鏌ヨ㈡柟寮忕殑鎺ュ彛鐢佃矾搴斿寘鎷濡備笅閮ㄥ垎锛氳惧囬夋嫨鐢佃矾銆佹暟鎹缂撳啿瀵勫瓨鍣ㄣ佽惧囩姸鎬佷綅锛堟爣蹇楋級
8.3 绋嬪簭涓鏂鏂瑰紡
涓鏂鏂瑰紡鐗瑰埆閫傚悎浜庨殢鏈哄嚭鐜扮殑鏈嶅姟銆
鏍规嵁璁$畻鏈虹郴缁熷逛腑鏂澶勭悊鐨勭瓥鐣ヤ笉鍚岋紝鍙鍒嗗崟绾т腑鏂绯荤粺鍜屽氱骇涓鏂绯荤粺銆傚崟绾т腑鏂绯荤粺鏄涓鏂缁撴瀯涓鏈鍩烘湰鐨勫舰寮忋
鐢变簬瀛樺偍鍣ㄧ殑鍦板潃鐮佹槸涓涓插竷灏旈噺鐨勫簭鍒楋紝鍥犳ゅ父甯告妸鍦板潃鐮佺О涓哄悜閲忓湴鍧銆
澶氱骇涓鏂绯荤粺鏄鎸囪$畻鏈虹郴缁熶腑鏈夌浉褰撳氱殑涓鏂婧愩傚氱骇涓鏂鍙堝彲鍒嗕负涓缁村氱骇涓鏂鍜屼簩缁村氱骇涓鏂銆
8.4 DMA鏂瑰紡
鐩存帴鍐呭瓨璁块棶锛圖MA锛夋柟寮忥紝鏄涓绉嶅畬鍏ㄧ敱纭浠舵墽琛孖/O浜ゆ崲鐨勫伐浣滄柟寮忋傚湪杩欑嶆柟寮忎腑锛孌MA鎺у埗鍣ㄤ粠CPU瀹屽叏鎺ョ″规荤嚎鐨勬帶鍒讹紝鏁版嵁浜ゆ崲涓嶇粡杩嘋PU锛岃岀洿鎺ュ湪鍐呭瓨鍜孖/O璁惧囦箣闂磋繘琛屻傚叾涓昏佷紭鐐规槸閫熷害蹇锛岀己鐐规槸纭浠剁嚎璺姣旇緝澶嶆潅銆
DMA浼犻佹柟寮忥細1銆佸仠姝CPU璁块棶鍐呭瓨 2銆佸懆鏈熸尓鐢 3銆丏MA涓嶤PU浜ゆ浛璁垮唴銆
DMA鎺у埗鍣锛屽疄闄呬笂鏄閲囩敤DMA鏂瑰紡鐨勫栧洿璁惧囦笌绯荤粺鎬荤嚎涔嬮棿鐨勬帴鍙g數璺銆傝繖涓鎺ュ彛鐢佃矾鏄鍦ㄤ腑鏂鎺ュ彛鐨勫熀纭涓婂啀鍔燚MA鏈烘瀯缁勬垚銆備範鎯涓婂皢DMA鏂瑰紡鐨勬帴鍙g數璺绉颁负 DMA 鎺у埗鍣ㄣ
DMA鎺у埗鍣ㄧ殑鍩烘湰缁勬垚锛 1銆佸唴瀛樺湴鍧璁℃暟鍣 2銆佸瓧璁℃暟鍣 3銆佹暟鎹缂撳啿瀵勫瓨鍣 4銆 鈥淒MA璇锋眰鈥濇爣蹇 5銆 鈥滄帶鍒/鐘舵佲滈昏緫 6銆 涓鏂鏈烘瀯
DMA鐨勬暟鎹鍧椾紶閫佽繃绋嬪垎涓轰笁涓闃舵碉細浼犻佸墠棰勫勭悊锛涙e紡浼犻侊紱浼犻佸悗澶勭悊銆
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閫氶亾鐨勫熀鏈鍔熻兘鏄鎵ц岄氶亾鎸囦护锛岀粍缁囧栧洿璁惧囧拰鍐呭瓨杩涜屾暟鎹浼犺緭锛屾寜I/O鎸囦护瑕佹眰鍚鍔ㄥ栧洿璁惧囷紝鍚慍PU鎶ュ憡涓鏂銆
CPU鏄閫氳繃鎵ц孖/O鎸囦护浠ュ強澶勭悊鏉ヨ嚜閫氶亾鐨勪腑鏂锛屾潵瀹炵幇瀵归氶亾鐨勭$悊銆
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鏍规嵁閫氶亾鐨勫伐浣滄柟寮忥紝閫氶亾鍒嗕负閫夋嫨閫氶亾銆佹暟鎹澶氳矾閫氶亾銆佸瓧鑺傚氳矾閫氶亾涓夌嶇被鍨嬨
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涓绉嶆槸閫氶亾缁撴瀯鐨処/O澶勭悊鍣锛岄氬父绉颁负杈撳叆杈撳嚭澶勭悊鍣锛圛OP锛
鍙︿竴绉嶆槸澶栧洿澶勭悊鏈猴紙PP锛
② 高手请进,关于操作系统的进程
时间和空间不是一个概念!什么叫做同时啊??你的思维逻辑有点乱啊!
下面是复制的有关CPU的一些概念自己看吧!看完了就解决你的问题了!
5.1 CPU的功能和组成
5.1.1 CPU的功能
使用CPU可以自动完成取出指令和执行指令的任务。
CPU的基本功能:
指令控制:程序的顺序控制,称为指令控制。
操作控制: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,从而控制这些部件按指令的要求进行动作。
时间控制:对各种操作实施时间上的定时,称为时间控制。
数据加工:所谓数据加工,就是对数据进行算术运算和逻辑运算处理。
5.1.2 CPU的基本组成
传统CPU的组成:运算器、控制器。(在诺曼机的定义中)
现代的CPU的基本部分有:运算器、Cache和控制器。
控制器的组成:程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序产生器和操作控制器。控制器的主要功能:
1) 从内存中取出一条指令,并指出下一条指令在内存中的位置。
2) 对指令进行译码或测试,并产生相应的操作控制信号,以便启动规定的动作。
指挥并控制CPU、内存和输入/输出设备之间数据流动的方向。
运算器的组成:算术逻辑单元(ALU)、累加寄存器、数据缓冲寄存器和状态条件寄存器。运算器的主要功能:
1) 执行所有的算术运算。
2) 执行所有的逻辑运算,并进行逻辑测试。
这一章的主要内容是对控制器的讲解。
5.1.3 CPU中的主要寄存器
CPU中最基本的六类寄存器:指令寄存器(IR)、程序计数器(PC)、地址寄存器(AR)、缓冲寄存器(DR)、累加寄存器(AC)、状态条件寄存器(PSW)。
5.1.4 CPU操作控制器与时序产生器
操作控制器可分为:
硬布线控制器,它是采用组合逻辑技术来实现的;
微程序控制器,它是采用存储逻辑来实现的;
门阵列控制器,它是吸收前两种的设计思想来实现的。
本章重点介绍微程序控制器,因为这种控制方式较为灵活。
5.2 指令周期
5.2.1 指令周期的基本概念
存储器中指令和数据的区分,使用的是指令周期的方法。
指令周期是取出并执行一条指令的时间,由于各种指令的操作功能不同,有的简单,有的复杂,因此各种指令的指令周期是不尽相同的。
指令周期常常用若干个CPU周期数来表示,CPU周期也称为机器周期。通常用内存中读取一个指令字的最短时间来规定CPU周期。
一个CPU周期时间又包含有若干个时钟周期。
通常情况下,取出和执行任何一条指令所需的最短时间为两个CPU周期。
5.2.2 CLA指令的指令周期
CLA指令是一个非访内指令,需要两个CPU周期,其中取指令阶段需要一个CPU周期,执行指令阶段需要一个CPU周期。
在第—个CPU周期,即取指令阶段,CPU完成三件事:(1)从内存取出指令;(2)对程序计数器PC加1,以便为取下一条指令做好准备;(3)对指令操作码进行译码或测试,以便确定进行什么操作。
在第二个CPU周期,即执行指令阶段,CPU根据对指令操作码的译码或测试,进行指令所要求的操作。
具体描述见P158~P159。
5.2.3 ADD指令的指令周期
ADD指令是一条访问内存取数并执行加法的指令,它由三个CPU周期组成,第一个是取指令周期;第二个CPU周期将操作数的地址送往地址寄存器并完成地址译码,在第三个CPU周期中从内存取出操作数并执行相加的操作。
5.2.4 STA指令的指令周期
第一个CPU周期为取指令、译码阶段,第二个CPU周期为送操作数地址,第三个CPU周期是送操作数和执行写操作阶段。
5.2.5 NOP指令和JMP指令的指令周期
NOP指令在第二CPU周期中不发出任何控制信号。
JMP指令是一个程序控制指令,它在第二CPU周期中只是改变了PC的内容。
5.2.6 用方框图语言表示指令周期
公操作的概念:是指一条指今执行完毕后,CPU所开始进行的一些操作,这些操作正要是CPU对外设请求的处理,如中断处理、通道处理等。
方框图的画法是一项较为重要的内容,见例1。
5.3 时序产生器和控制方式
5.3.1 时序信号的作用和体制
对时序信号的理解,CPU的时间表。
CPU识别指令和数据的方法:从时间上来说,取指令事件发生在指令周期的第一个CPU周期中,即发生在“取指令”阶段,而取数据事件发生在指令周期的后面几个CPU周期中,即发生在“执行指令”阶段。从空间上来说,如果取出的代码是指令,那么一定送往指令寄存器,如果取出的代码是数据,那么一定送往运算器。这个方法体现了时序控制的重要性。
对电位-脉冲制的理解:脉冲到达之前,电平信号必须要稳定。
硬布线控制器中,时序信号往往采用主状态周期-节拍电位-节拍脉冲三级体制。—个节拍电位表示一个CPU周期的时间,它表示了一个较大的时间单位;在一个节拍电位中又包含若干个节拍脉冲,以表示较小的时间单位;而主状态周期可包含若干个节拍电位,所以它是最大的时间单位。
在微程序控制器中,时序信号比较简单,一般采用电位-节拍脉冲二级体制。就是说,它只有一个节拍电位,在节拍电位中又包含若干个节拍脉冲(时钟周期)。节拍电位表示一个CPU周期的时间,而节拍脉冲把一个CPU周期划分成几个较小的时间间隔。
5.3.2 时序信号产生器
微程序控制器中使用的时序信号产生器由:时钟源、环形脉冲发生器、节拍脉冲和读写时序译码逻辑、启停控制逻辑等部分组成。
5.3.3 控制方式
形成控制不同操作序列的时序信号的方法,称为控制器的控制方式。常用的有同步控制、异步控制、联合控制三种方式。
同步控制方式:在任何情况下,已定的指令在执行时所需的机器周期数和时钟周期数都固定不变。
异步控制方式:每条指令、每个操作控制信号需要多少时间就占用多少时间。
联合控制方式:同步控制和异步控制的结合,有两种情况。一种情况是,大部分操作序列安排在固定的机器周期中,对某些时间难以确定的操作则以执行部件的“回答”信号作为本次操作的结束。另一种情况是,机器周期的节拍脉冲数固定,但是各条指令周期的机器周期数不固定。
5.4 微程序控制器
优点:微程序控制器同组合逻辑控制器相比较,具有规整性、灵活性、可维护性等一系列优点,因而在计算机设计中逐渐取代了早期采用的组合逻辑控制器,并已被广泛地应用。
基本思想:微程序设计技术是利用软件方法来设计硬件的一门技术。即仿照通常的解题程序的方法,把操作控制信号编成所谓的“微指令”,存放到一个只读存储器里。当机器运行时,一条又—条地读出这些微指令,从而产生全机所需要的各种操作控制信号,使相应部件执行所规定的操作。
5.4.1 微命令和微操作
控制部件与执行部件之间联系的方法:
控制部件与执行部件的一种联系,就是通过控制线。控制部件通过控制线向执行部件发出各种控制命令,通常把这种控制命令叫做微命令,而执行部件接受微命令后所进行的操作,叫做微操作。
控制部件与执行部件之间的另一种联系是反馈信息。执行部件通过反馈线向控制部件反映操作情况,以便使控制部件根据执行部件的“状态”来下达新的微命令,这也叫做“状态测试”。
微操作在执行部件中是最基本的操作。微操作可分为两种:
相容性的微操作,是指在同时或同一个CPU周期内可以并行执行的微操作;
相斥性的微操作,是指不能在同时或不能在同一个CPU周期内并行执行的微操作。
5.4.2 微指令和微程序
在机器的一个CPU周期中,一组实现一定操作功能的微命令的组合,构成一条微指令。一般由操作控制和顺序控制两大部分组成。
一条机器指令的功能是用许多条微指令组成的序列来实现的,这个微指令序列通常叫做微程序。
5.4.3 微程序控制器原理框图
微程序控制器原理框图如图5.24所示。
它主要由:
控制存储器:用来存放实现全部指令系统的微程序,它是一种只读型存储器。要求速度快,读出周期短。
微指令寄存器:微指令寄存器用来存放由控制存储器读出的一条微指令信息,分为微地址寄存器和微命令寄存器两个部分。其中微地址寄存器决定将要访问的下一条微指令的地址,微命令寄存器则保存一条微指令的操作控制字段和判别测试字段的信息。
地址转移逻辑:地址转移逻辑就承担自动完成修改微地址的任务。
5.4.4 微程序举例
注意微指令的划分,微命令的执行。
5.4.5 CPU周期与微指令周期的关系
在串行方式的微程序控制器中,微指令周期等于读出微指令的时间加上执行该条微指令的时间。一般来讲,一个微指令周期时间设计得恰好和CPU周期时间相等。
5.4.6 机器指令与微指令的关系
1) 一条机器指令对应一个微程序,这个微程序是由若干条微指令序列组成的。因此,一条机器指令的功能是由若干条微指令组成的序列来实现的。简言之,一条机器指令所完成的操作划分成若干条微指令来完成,由微指令进行解释和执行。
2) 从指令与微指令,程序与微程序,地址与微地址的一一对应关系来看,前者与内存储器有关,后者与控制存储器有关。与此相关,也有相对应的硬设备。
3)每一个CPU周期就对应一条微指令。
5.5 微程序设计技术
微程序设计的关键是如何确定微指令的结构。
5.5.1 微指令编码
直接表示法:特点是操作控制宇段中的每一位代表一个微命令。这种方法的优点是简单直观,其输出直接用于控制。缺点是微指令字较长,因而使控制存储器容量较大。
编码表示法:编码表示法是把一组相斥性的微命令信号组成一个小组(即一个字段),然后通过小组(字段)译码器对每一个微命令信号进行译码,译码输出作为操作控制信号。优点是可以用较小的二进制信息位表示较多的微命令信号,可使微指令字大大缩短。缺点是微程序的执行速度稍稍减慢。
混合表示法:这种方法是把直接表示法与字段编码法混合使用,以便能综合考虑微指令字长、灵活性和执行微程序速度等方面的要求。
5.5.2 微地址形成的方法
产生后继地址的方法有两种:
计数器法方式:这种方法同用程序计数器来产生机器指令地址的方法相类似。计数器方式的基本特点是:微指令的顺序控制字段较短,微地址产生机构简单。但是多路并行转移功能较弱,速度较慢,灵活性较差。
多路转移方式:一条微指令具有多个转移分支的能力称为多路转移。多路转移方式的特点是:能以较短的顺序控制字段配合,实现多路并行转移,灵活性好,速度较快,但转移地址逻辑需要用组合逻辑方法设计。
5.5.3 微指令格式
水平型微指令:一次能定义并执行多个并行操作微命令的微指令,叫做水平型微指令。
垂直型微指令:微指令中设置微操作码字段,采用微操作码编译法,内微操作码规定微指令的功能,称为垂直型微指令。垂直型微指令的结构类似于机器指令的结构。
比较:
水平型微指令并行操作能力强,效率高,灵活性强。垂直型微指令则较差。
水平型微指令执行一条指令的时间短,垂直型微指令执行时间长。
由水平型微指令解释指令的微程序,具有微指令字比较长,但微程序短的特点。垂直型微指令则相反,微指令字比较短而微程序长。
水平型微指令用户难以掌握,而垂直型微指令与指令比较相似,相对来说,比较容易掌握。
5.5.4 动态微程序设计
对应于一台计算机的机器指令只有一组微程序,而且这一组微程序设计好之后,一般无需改变而且也不好改变,这种微程序设计技术称为静态微程序设计。
通过改变微指令和微程序来改变机器的指令系统,这种微程序设计技术称为动态微程序设计。
5.6 硬布线控制器
硬布线控制器是一种由门电路和触发器构成的复杂树形网络。
硬布线控制器是早期设计计算机的一种方法,但是随着新一代机器及VLSI技术的发展,硬布线逻辑设计思想又得到了重视。
与微程序控制相比,硬布线控制的速度较快。其原因是微程序控制中每条微指令都要从控存中读取一次,影响了速度,而硬布线控制主要取决于电路延迟。因此,近年来在某些超高速新型计算机结构中,又选用了硬布线控制,或与微程序控制器混合使用。
5.7 传统CPU
5.7.1 M68000 CPU
为一典型的单总线结构的微处理器。M6800的主存和外设是统一编址的。
5.7.2 Intel 8088 CPU
产生于8086之后,被设计成准16位结构,为了和早期的8085兼容。
5.7.3 IBM 370系列CPU
使用了定点运算和浮点运算两种部件。
5.7.4 Intel 80486 CPU
使用了流水线技术。
5.8 流水CPU
5.8.1 并行处理技术
标准的冯·诺依曼体系结构,采用的是串行处理,即一个时刻只能进行一个操作。
并行性的两种含义:
同时性:两个以上事件在同一时刻发生。如多机系统中,同一时刻多个进程在运行。
并发行:两个以上事件在同一间隔内发生。如并发程序,某一时刻CPU中只有一个进程在运行,而在一个时间段内,多个进程同时运行。
并行性的三种形式:
时间并行:即使用流水处理部件,时间重叠。
空间并行:设置重复资源,同时工作。
时间并行+空间并行:时间重叠和资源重复的综合应用。
5.8.2 流水CPU的结构
流水CPU的组成:指令部件,指令队列,执行部件。
执行段的速度匹配问题的解决:
将执行部件分为定点执行部件和浮点执行部件两个可并行执行的部分,分别处理定点运算指令和浮点运算指令;
在浮点执行部件中,又有浮点加法部件和浮点乘/除部件,它们也可以同时执行不同的指令;
浮点运算部件都以流水线方式工作。
标量流水计算机:只有一条指令流水线。
超标量流水计算机:具有两条以上的指令流水线。
常见的流水线形式:指令流水线、算术流水线、处理机流水线。
5.8.3 流水线中的主要问题
资源相关:指多条指令进入流水线后在同一机器时钟周期内争用同一个功能部件所发生的冲突。
解决方法:指令推迟执行,或是设置重复资源。
数据相关:在一个程序中,如果必须等前一条指令执行完毕后,才能执行后一条指令,这两条指令就是数据相关。
解决方法:定向传送技术。
控制相关:当执行转移指令时,根据转移条件是否发生来控制指令的执行顺序。
解决方法:延迟转移法、转移预测法。
5.8.4 奔腾CPU
主要掌握其超标量流水线、指令Cache和数据Cache、浮点单元、转移预测四个方面的特性。
5.9 RISC CPU
5.9.1 RISC机器的特点
RISC的三个基本要素:
有限、简单的指令集
CPU配备大量的通用寄存器
强调对指令流水线的优化
RISC机器的特征:
使用等长指令。
寻址方式少,绝不出现存储器间接寻址。
只有取数、存数指令访问存储器。指令中最多出现RS型指令,绝不出现SS型指令。
指令集中指令数一般少于100条,指令格式少于4种。
指令功能简单,控制器多采用硬布线方式。
大部分指令在一个机器周期内完成。
CPU中通用寄存器数量相当多。
强调通用寄存器和流水线的优化使用。
—般用高级语言编程,特别重视编译优化工作。以减少程序执行时间。
CISC与RISC的比较见表5.6。
5.9.2 RISC CPU实例
5.10 多媒体CPU
5.10.1 多媒体技术的主要问题
图像与声音的压缩技术
适应多媒体技术的软件技术
计算机系统结构方面的技术
5.10.2 MMX技术
MMX指令是一种SIMD并行处理指令,其先进性主要体现在:
SIMD结构
饱和运算方式
积和运算方式
比较指令
转换指令
5.10.3 动态执行技术
动态执行技术就是通过预测程序流来调整指令的执行,并且分析程序的数据流来选择指令执行的最佳顺序。
实现动态执行的关键是使用一个指令缓冲池以开辟一个较长的指令窗口,以便允许执行单元能在一个较大的范围内调遣和执行已译码过的程序指令流。