CPU的功能及组成

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1、第六章中央处理器6.1 CPU的功能及组成一、教学目标：1. 了解CPU的功能2. 掌握CPU的各组成部分的功能二、教学重点、难点CPU的功能，CPU的各组成部分的功能三、教学方法 教师讲解，学生思考、记忆；教与学对应的全链式教学法四、教具使用 计算机一台、多媒体幻灯片演示五、教学内容与过程 导入：提问：使计算机运作起来的内部核心是什么？计算机硬件的组成有哪些？ 引导学生思考、回答并相互补充。教师总结归纳计算机语言及软件的特点，进入教学课题。 讲授新课：（多媒体幻灯片演示和板书）6.1 CPU的功能及组成6.1.1 CPU的功能1. 指令控制 教师讲解： 程序的顺序控制，称为指令控制。它控制指

2、令必须严格地按程序设定的顺序进行。若要计算 机解决某个问题，程序员就要编制解题程序，而程序是指令的有序集合。提问：什么是指令控制？ 学生思考、看书、回答；教师总结： 按照“存储程序控制”的概念，程序被装入主存后，应能按其指令序列有条不紊地执行，方 可完成具体的任务。因此，保证机器按顺序执行程序是CPU的首要任务。2. 操作控制 提问：请参照课本思考操作控制的作用？ 学生思考、看书、回答；教师总结： 一条指令的执行，要涉及到计算机中的若干个部件。控制这些部件协同工作，要靠各种操作 信号组合起来工作。因此，CPU产生操作信号传送给被控部件，并能检测其他部件发送来的 信号，是协调各个工作部件按指令要

3、求完成规定任务的基础。3时间控制 教师讲解： 对各种操作实施时间上的定时，称为时间控制。除了时间控制之外，一条指令的整个执行过 程也受到时间的严格定时。只有这样，才能保证各功能部件组合构成有机的计算机系统。 4数据加工教师讲解： 要完成具体的任务，就不可避免地涉及到数值数据的算术运算、逻辑变量的逻辑运算以 及其他非数值数据(如字符、字符串)的处理，对数据进行这些运算和处理，称为数据加工。 完成数据的加工处理是CPU的根本任务。6.1.2 CPU的组成提问：什么是协调和指挥整个计算机系统工作的“决策机构”？ 学生思考、看书、回答；教师总结：传统的CPU由运算器和控制器两大部分组成。但是随着高密度

4、集成电路技术的发展，一些 CPU外部的逻辑功能部件纷纷移入CPU内部。这样，CPU就由运算器、cache、控制器三大部 分组成。其中运算器和cache我们已经讲过，所以本章讲解的重点为控制器。控制器由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序产生器和操作控制器五部分 组成。控制器是协调和指挥整个计算机系统工作的“决策机构”。1. 程序计数器(PC)提问：程序计数器的功能是什么？学生思考、看书、回答；教师总结：为了保证程序按其指令序列执行下去，CPU必须确定下一条指令的地址。程序计数器的功能 就是用来确定下一条指令在主存中的地址。当CPU取得当前要执行的指令后，通过修改程序 计数器中的值来确定下一

5、条指令在主存中的存放地址。程序计数器值的修改分两种情况：一是顺序指令的执行情况，二是分支转移指令的执行 情况。顺序指令的执行情况 当CPU执行顺序指令时，程序计数器值的修改较为简单。若当前取 得的指令是单字节指令，即将程序计数器的值加1；若当前取得的指令是双字节指令，即将 程序计数器的值加2,；如果当前取得的指令是n字节，则将程序计数器的值加n。 分支转移指令的执行情况 在执行分支转移指令时，由分支转移指令的寻址方式确定下一 条指令在主存中的地址。若分支转移指令的寻址方式是相对寻址，那么，程序计数器的值修 改为当前地址加上相对偏移量；若分支转移指令的寻址方式是绝对寻址，即将转移指令中绝 对转移

6、地址送给程序计数器；当间接寻址方式的分支转移指令时，程序计数器的值从寄存器 或主存中间接得到。2缓冲寄存器(DR)教师讲解：缓冲寄存器用来暂时存放CPU从主存读来的一条指令字或一个数据字。当CPU要将数据传送 给主存时，亦先将数据保存到缓冲寄存器中。缓冲寄存器的作用是：作为CPU和主存、外部设备之间的信息中转站。对数据起缓冲作用，补偿CPU和主存、外部设备之间的操作时间差异。缓冲寄存器为算术逻辑单元提供一个操作数。3指令寄存器(IR)提问：指令寄存器的作用是什么？学生思考、看书、回答；教师总结：当CPU从主存取指时，取得的指令经缓冲寄存器转送给指令寄存器。因此，指令寄 存器用来保存当前CPU正

7、在执行的一条指令。一条指令由地址码和操作码两部分组成。为了 能执行任何给定的指令，必须先确定该指令的操作性质，即指令译码器先要对指令中的操作 码进行译码，以便向控制器发出具体操作的特定信号。4. 地址寄存器(MAR)教师讲解：地址寄存器用来保存当前CPU所要访问的主存单元或I/O端口的地址，是CPU与内存或外设 之间的地址缓冲寄存器。当CPU要对存放在主存或外部设备的信息进行存取时，由于CPU 和存储设备之间存在着操作速度上的差别，所以必须使用地址寄存器来保持地址信息，直到 内存的读/写操作完成为止。5. 累加寄存器(AC)提问：累加器的信息来源是什么？学生思考、看书、回答；教师总结：累加寄存

8、器简称累加器。从图3-1可以看出，它的信息来源于缓冲寄存器或算术逻辑单元 (ALU)，它的数据出口是算术逻辑单元(ALU)。因此，累加器为算术逻辑单元(ALU)提供一个 操作数，并用来保存操作的结果。算术逻辑单元最基本的操作是加法，这就是累加器名称的 由来。显然，在一个算术逻辑单元中，至少有一个累加器。6. 状态寄存器教师讲解：状态寄存器用来保存算术运算指令、逻辑运算指令及各类测试指令的状态结果，为后续指令 的执行提供判断条件。这些状态结果主要包括运算结果进位标志、运算结果为零标志、运算 结果溢出标志、运算结果符号标志、运算结果奇偶标志等。状态寄存器还保存一些控制标志， 如中断允许标志、单步标志、方向标志等。与状态结果标志不同，控制标志是通过专用指令 的执行而设置的。小结：1. CPU的功能2. CPU的各组成部分的功能作业：1.复习本次课内容预习下次课内容3. 做本章的随堂练习4. 做本章学习指导中的作业