计算机组成原理-3、指令系统、中央处理器、系统总线、输入输出系统

た入场券 2023-05-29 03:07 13阅读 0赞

**目录**

一、指令系统

1、指令格式设计的主要内容

2、MIPS指令概述

特点

1）、MIPS寄存器

二、中央处理器

1、CPU的处理与功能

1）主要功能

2）主要寄存器

3）操作控制器

3、数据通路

三、系统总线

1、总线

作用

2、总线的分类

存储总线

系统总线

I/O总线

3、总线的连接方式

单总线结构

双总线结构

多级总线结构

总线桥

多级总线结构实例图

四、输入输出系统

1、概述

2、特点

异步性

实时性

与设备无关性

3、输入输出过程

输入过程

输出过程

--------------------

# 一、指令系统 #

## 1、指令格式设计的主要内容 ##

![20191103131950149.png][]

根据指令数量的要求及是否支持操作码扩展，确定操作码字段的位数；

根据对操作数的要求确定地址字段的个数

根据寻址的要求，为每个地址码字段确定寻址方式字段位数

确定采用定长指令还是变长指令

例子：

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## 2、MIPS指令概述 ##

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### 特点 ###

简单的Load/Store结构

易于流水线CPU设计

易于编译器开发

MIPS指令的寻址方式非常简单，每条指令的操作指令的操作也非常简单

### 1）、MIPS寄存器 ###

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# 二、中央处理器 #

## 1、CPU的处理与功能 ##

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### 1）主要功能 ###

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### 2）主要寄存器 ###

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### 3）操作控制器 ###

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## 3、数据通路 ##

执行部件之间数据通信的路径

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数据通路和总线结构

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单总线

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双总线

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三总线

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# 三、系统总线 #

## 1、总线 ##

是计算机体系结构的重要组成部分，通过它可以将计算机系统中各个功能部件连接起来，构成一个完整的系统。

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### 作用 ###

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## 2、总线的分类 ##

### 存储总线 ###

短距离、高速总线，与存储器的特性相匹配，尽最大可能提高处理器与存储器之间的数据带宽，针对Cache块数据传输进行性能优化。

### 系统总线 ###

又称内部总线或板级总线，是计算机系统中最重要的总线，也是连接存储总线和I/O总线的中间总线。

### I/O总线 ###

通常连接距离较远、速度相对较慢，用于连接多种外部设备，同时与系统总线或存储总线连接。

## 3、总线的连接方式 ##

### 单总线结构 ###

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### 双总线结构 ###

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### 多级总线结构 ###

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### 总线桥 ###

是不同速率总线之间的连接器件，起信号速度缓冲、电平转换、控制协议转换等作用。

## 多级总线结构实例图 ##

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM3OTA5NTA4_size_16_color_FFFFFF_t_70 17][]

# 四、输入输出系统 #

## 1、概述 ##

外部设备、接口部件、总线以及相应的管理软件统称为计算机的输入/输出系统，简称I/O系统。

## 2、特点 ##

### 异步性 ###

外围设备相对于处理机通常是异步工作的

### 实时性 ###

当外围设备与处理器交互时，由于设备的类型不同，他们的工作步调是不同的，处理机必须按照不同设备所要求传送方式和传输速率不失时机的为设备提供服务，这就要求实时性控制。

### 与设备无关性 ###

各种外部设备必须根据其特点和要求选择一种标准接口和处理器进行连接，他们之间的差别必须由设备本身的控制器通过硬件和软件填补；这样，处理器本身无须了解外设的具体细节，可以采用统一的硬件和软件对其管理。

## 3、输入输出过程 ##

### 输入过程 ###

CPU把一个地址值放在地址总线上，这一步将选择某一输入设备；

CPU等候输入设备的数据成为有效；

CPU从数据总线读入数据，并放在一个相应的寄存器中。

### 输出过程 ###

CPU把一个地址值放在地址总线上，选择输出设备；

CPU把数据放在数据总线上；

输出设备认为数据有效，从而把数据取走。

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