计算机组成原理的中央控制器,计算机组成原理第六章中央控制器(6-7,8,9).pdf

《计算机组成与结构》

——本科生课程教学

计算机学院(许先斌)

xbxu@whu.edu.cn

计算机组成与结构

本课程主要讲授计算机系统的硬件和软件构成方法，包括

硬件系统中运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设

备和总线系统的构成原理等；并与当代先进的计算机技术

相结合。是计算机科学与技术本科专业核心课程。

本课程着重计算机系统组成与结构方面的教学和研究。

计算机结构定义为系统程序员所能见到的计算机硬件特性；

计算机组成是指计算机硬件的具体实现。

计算机学院

第六章中央控制器

计算机的硬件系统

控制器的组成

微程序控制的计算机

微程序设计技术

硬布线控制的计算机

控制器的控制方式

流水线工作原理

CPU举例

计算机的加电及控制过程

计算机学院

第六章中央控制器

本章主要研究计算机控制器的组成原理。

要求掌握在计算机运行过程中各硬件部件的作用，了解

CPU中各部件的操作过程及其实现方法；重点掌握控制器

如何实现各指令的功能，如何保证逐条指令的连续执行过

程。

计算机学院

6.7 流水线工作原理

分析程序中各条指令的执行过程可以发现，机器的各部分

在某些周期内在进行操作，而在某些周期内是空闲的。

以图6.7的加法指令时序图为例，在四个机器周期内，取指

与取数周期访问存储器，而运算器不工作；计算地址与加

法运算周期，运算器进行操作而存储器空闲。

如果控制器调度恰当，让各个部件紧张工作，就可提高计

算机运行速度，于是在大型计算机中首先研究并采用了流

水线结构，如今已推广到小型、微型计算机中。

计算机学院

6.7 流水线工作原理

一、流水线基本工作原理

计算机执行程序是按顺序的方式进行的，即程序中各条机

器指令是按顺序串行执行的。如按四个周期完成一条指令

来考虑，其执行过程如下：

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6.7 流水线工作原理

其中下标1表示第1条指令，下标2表示第2条指令。在某些计算机中，

CPU分成指令部件I和执行部件E，指令部件完成取指和指令译码等操

作，执行部件完成运算和保存结果等操作。

在现代计算机中，指令译码很快，尤其是RISC机更是这样，因此在

前面讨论指令执行过程时，将指令译码的时间忽略了。

如按指令部件和执行部件顺序操作来考虑可将程序的执行过程表示成

：

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