中央处理器CPU
整个计算器所有部件都由控制器所控制,CPU集成了控制器和运算器。
数据和指令进出CPU都要先经过缓冲寄存器。指令寄存器用来存放当前正在执行的指令。PC用来存放下一条要执行的指令,地址寄存器存放CPU当前需要访问的内存的地址。
程序执行之前,所有的指令都要先放入存储器,如果要执行该程序,那么首先要把首条指令的地址送到PC。
指令进入缓存。CPU判断从内存中读入缓存的到底是指令还是数据,根据时间来判断。由于现在处在取指令周期,所以现在从内存中送入缓冲区的一定是指令,送入指令寄存器。经过指令译码器,译码的结果告诉操作控制器。指令执行要操作的数据的地址码通过内部总线送给地址寄存器。执行周期,从内存中读出的是数据,送给ALU加工运算。
指令周期:CPU从内存中取出一条指令并执行这条指令的时间做总和。不同的指令周期不同。一个指令周期包含若干个CPU周期。
CPU周期:又称机器周期,用从内存读取一条指令字的最短时间,即访问一次内存的最短时间定义的。
时钟周期:一个通常称为节拍脉冲或者T周期,一个CPU周期包含若干个时钟周期(一般是四个时钟周期)。
时钟源:
指令执行的时候必须按照一定的顺序,比如什么时候取指令,取完指令之后该怎么做,那么这个顺序怎么控制呢,就需要时间来控制。原始的脉冲经过改造之后,就成了T1,T2,T3,T4。T1为第一个时钟周期,T2为第二个,以此类推。
任何一个命令通过CPU控制线发出之后,并不是直接发出,必须和T1,T2,T3,T4与操作。例如三个命令LDR1,LDR2,LDR3,在一个CPU周期的第四步完成,所以我们让它们和T4,和做与操作。
在前600ns,T4为低电平,所以三个命令都不能发出去。在后200ns,T4为高电平,三个命令才能发出去。
一个CPU周期无论有几个动作都需要在四步以内完成。
一个指令指令如果四步之内可以完成,那么就分配一个CPU周期,如果八步之内可以完成,那么就分配两个CPU周期。