F i =X i Y i C n+i
C n+i+1 =Y i +X i ·C n+i
四位之間采用先行進(jìn)位方式。
對(duì)一片ALU來(lái)說(shuō),可有三個(gè)進(jìn)位輸出。其中G稱(chēng)為進(jìn)位發(fā)生輸出,P稱(chēng)為進(jìn)位傳送輸出。在電路中,多加這兩個(gè)進(jìn)位輸出的目的是為了便于實(shí)現(xiàn)多片(組)ALU之間的先行進(jìn)位,為此,還需一個(gè)配合電路,它稱(chēng)為先行進(jìn)位發(fā)生器(CLA)。
內(nèi)部總線:
根據(jù)總線所處位置,總線分為內(nèi)部總線和外部總線兩類(lèi)。內(nèi)部總線是指CPU內(nèi)各部件的連線,而外部總線是指系統(tǒng)總線,即CPU與存儲(chǔ)器、I/O系統(tǒng)之間的連線。
按總線的邏輯結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō),總線可分為單向傳送總線和雙向傳送總線。所謂單向總線,就是信息只能向一個(gè)方向傳送。所謂雙向總線,就是信息可以向兩個(gè)方向傳送。換句話說(shuō),總線既可以用來(lái)發(fā)送數(shù)據(jù),也可以用來(lái)接收數(shù)據(jù)。
總線的邏輯電路往往是三態(tài)的,即輸出電平有三種狀態(tài):邏輯“1”、邏輯“0”和“浮空”狀態(tài)。
2.運(yùn)算器的基本結(jié)構(gòu)
運(yùn)算器包括ALU、陣列乘除器件、寄存器、多路開(kāi)關(guān)或三態(tài)緩沖器、數(shù)據(jù)總線等邏輯部件,F(xiàn)代計(jì)算機(jī)的運(yùn)算器大體有如下三種結(jié)構(gòu)形式。①單總線結(jié)構(gòu)的運(yùn)算器②雙總線結(jié)構(gòu)的運(yùn)算器③三總線結(jié)構(gòu)的運(yùn)算器
七、控制器1.控制器在CPU中的位置
中央處理器(CPU)由兩個(gè)主要部分---控制器及運(yùn)算器組成。其中程序計(jì)數(shù)器、指令寄存器、指令譯碼器、時(shí)序產(chǎn)生器和操作控制器等組成了控制器。它是對(duì)計(jì)算機(jī)發(fā)布命令的“決策機(jī)構(gòu)”,協(xié)調(diào)和指揮整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的操作,因此,它處于CPU中極其重要的位置。在CPU中,除算術(shù)邏輯單元(ALU)及累加器外,尚有下列邏輯部件:
(1)緩沖寄存器(DR)
緩沖寄存器用來(lái)暫時(shí)存放由內(nèi)存儲(chǔ)器讀出的一條指令或一個(gè)數(shù)據(jù)字;反之,當(dāng)向內(nèi)存存入一條指令或一個(gè)數(shù)據(jù)字時(shí),也暫時(shí)將它們存放在這里。緩沖寄存器的作用是:①作為CPU和內(nèi)存、外部設(shè)備之間信息傳送的中轉(zhuǎn)站;②補(bǔ)償CPU和內(nèi)存、外部設(shè)備之間在操作速度上的差別;
③在單累加器結(jié)構(gòu)的運(yùn)算器中,緩沖寄存器還可兼作為操作數(shù)寄存器。
(2)指令寄存器(IR)
指令寄存器用來(lái)保存當(dāng)前正在執(zhí)行的一條指令。指令劃分為操作碼和地址碼字段,它們由二進(jìn)制數(shù)字組成。為執(zhí)行任何給定的指令,必須對(duì)操作碼進(jìn)行譯碼,以便指出所要求的操作。
指令寄存器中操作碼字段的輸出就是指令譯碼器的輸入。操作碼一經(jīng)譯碼后,即可向操作控制器發(fā)出具體操作的特定信號(hào)。
(3)程序計(jì)數(shù)器(PC)
為了保證程序能夠連續(xù)地執(zhí)行下去,CPU必須具有某些手段來(lái)確定下一條指令的地址。而程序計(jì)數(shù)器(PC)正是起到這種作用,所以通常又稱(chēng)其為指令計(jì)數(shù)器。
(4)地址寄存器(AR)
地址寄存器用來(lái)保存當(dāng)前CPU所要訪問(wèn)的內(nèi)存單元的地址。由于在內(nèi)存和CPU之間存在著操作速度上的差別,所以必須使用地址寄存器來(lái)保持地址信息,直到內(nèi)存讀/寫(xiě)操作完成為止。
(5)累加寄存器(AC)
累加寄存器AC通常簡(jiǎn)稱(chēng)為累加器。它的功能是:當(dāng)運(yùn)算器的算術(shù)/邏輯單元(ALU)執(zhí)行全部算術(shù)和邏輯運(yùn)算時(shí),為ALU提供一個(gè)工作區(qū)。例如,在執(zhí)行一個(gè)加法前,先將一個(gè)操作數(shù)暫時(shí)存放在AC中,再?gòu)膬?nèi)存中取出另一個(gè)操作數(shù),然后同AC的內(nèi)容相加,所得結(jié)果送回AC中,而AC中原有的內(nèi)容隨即被破壞。顧名思義,累加寄存器用來(lái)暫時(shí)存放ALU運(yùn)算的結(jié)果信息。顯然,運(yùn)算器中至少要有一個(gè)累加器寄存器。
由于運(yùn)算器的結(jié)構(gòu)不同,可采用多個(gè)累加寄存器。
(6)狀態(tài)寄存器(SR)
狀態(tài)寄存器保存由算術(shù)指令和邏輯指令運(yùn)行或測(cè)試結(jié)果建立的各種狀態(tài)碼內(nèi)容。
(7)操作控制器
操作控制器的功能,就是根據(jù)指令操作碼和時(shí)序信號(hào),產(chǎn)生各種操作控制信號(hào),以便正確地建立數(shù)據(jù)通路,從而完成取指令和執(zhí)行指令的控制。
根據(jù)設(shè)計(jì)方法不同,操作控制器可分為組合邏輯型、存儲(chǔ)邏輯型、組合邏輯與存儲(chǔ)邏輯結(jié)合型三種。第一種稱(chēng)為常規(guī)控制器,它是采用組合邏輯技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的;第二種稱(chēng)為微程序控制器,它是采用存儲(chǔ)邏輯來(lái)實(shí)現(xiàn)的;第三種稱(chēng)為PLA控制器,它是吸收前兩種的設(shè)計(jì)思想來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
(8)時(shí)序產(chǎn)生器
CPU中除了操作控制器外,還必須有時(shí)序產(chǎn)生器,因?yàn)橛?jì)算機(jī)高速地進(jìn)行工作,每一動(dòng)作的時(shí)間是非常嚴(yán)格的,不能有任何差錯(cuò)。時(shí)序產(chǎn)生器的作用,就是對(duì)各種操作實(shí)施時(shí)間上的控制。
2.控制器的組成
運(yùn)算器包括ALU、累加器、數(shù)據(jù)緩沖寄存器和狀態(tài)寄存器,而控制器的核心是操作控制器,圍繞它的有程序計(jì)數(shù)器(PC)、指令寄存器(IR)、指令譯碼器(ID)和時(shí)序產(chǎn)生器。
八、存儲(chǔ)器1.存儲(chǔ)器的基本組成及其讀寫(xiě)操作
(1)存儲(chǔ)器的基本組成
主存儲(chǔ)器由存儲(chǔ)體、地址譯碼電路、驅(qū)動(dòng)電路、讀寫(xiě)電路和控制電路等組成。主存儲(chǔ)器主要功能是:①存儲(chǔ)體:是信息存儲(chǔ)的集合體,由某種存儲(chǔ)介質(zhì)按一定結(jié)構(gòu)組成的存儲(chǔ)單元的集合。通常是二維陣列組織,是可供CPU和計(jì)算機(jī)其他部件訪問(wèn)的地址空間。
②地址寄存器、譯碼電路與驅(qū)動(dòng)器:即尋址系統(tǒng),將CPU確定的地址先送至地址寄存器中,然后根據(jù)譯碼電路找到應(yīng)訪問(wèn)的存儲(chǔ)單元。在存儲(chǔ)體與譯碼器之間的驅(qū)動(dòng)器的功能是減輕譯碼線驅(qū)動(dòng)負(fù)載能力。由于一條譯碼線需要與它控制的所有存儲(chǔ)單元相聯(lián),其負(fù)載很大。需要增夾犖動(dòng)器,以譯碼線連叫犖動(dòng)器的輸入端,由驅(qū)動(dòng)器的輸出端控制連接在譯碼線上的所有存儲(chǔ)單元。③讀寫(xiě)電路與數(shù)據(jù)寄存器:根據(jù)CPU的命令,將數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)寄存器中寫(xiě)入存儲(chǔ)體中特定的存儲(chǔ)單元或?qū)⒋鎯?chǔ)體中指定單元的內(nèi)容讀到數(shù)據(jù)寄存器中。
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