CPU的组成&寻址&CRSC与RISC&流水线技术

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CPU的组成(运算器与控制器)

计算机结构

        主机:主存储器(主存/内存),CPU(运算器,控制器)

        外设:输入设备,输出设备,辅助存储器;

        地址总线:传递地址;

        控制总线:传递信号;

运算器

        1.算数逻辑单元ALU->数据的算数运算和逻辑运算

        2.累加寄存器AC->存放数据,为ALU提供工作区

        3.数据缓存寄存器DR->写内存是,暂存指令或数据

        4.状态条件寄存器PSW->存状态标识与控制标志,如:溢出,借位;也可以存储控制状态;

                (争议:也有将其归为控制器的)

控制器

        1.程序计数器PC->存储吓一跳要执行指令的地址

        2.指令寄存器IR->存储即将执行的指令

        3.指令译码器ID->翻译指令,控制特定软硬件完成功能

        4.时序部件->提供时序控制信号

寻址方式

指令:一条指令就是机器语言的一个语句,它是一组有意义的二进制代码,指令的基本格式如下:

操作码字段:指令类型

地址码字段:指令地址

立即寻址方式

特点:操作数直接在指令中,速度快,灵活性差;

直接寻址方式

特点:指令中存放的是操作数的地址;

间接寻址方式

特点:指令中存放了一个地址,这个地址对应的内容是操作数的地址,灵活性高;

寄存器寻址方式

特点:寄存器存放操作数;

寄存器间接寻址方式

特点:寄存器存放的是操作数的地址;

 CRSC与RISC

 CISC与RISC比较分那些维度?

        指令数量,指令使用频率,寻址方式,寄存器,流水线支持;高级语言支持

        CISC:复杂,指令数量多,频率差别大,多寻址

        RISC:精简,指令数量少,操作寄存器,单周期,少寻址,多通用寄存器,流水线

流水线技术

流水线概念&计算

 相关参数计算:流水线执行时间计算,流水线吞吐率,流水线加速比,流水线效率;

流水线周期:执行时间最长得一段;

流水线执行时间计算公式:1指令执行时间+(执行条数-1)*流水线周期;

        1)理论公式:(t1+t2+…+tk)+(n-1)*t

        2)实践公式:k*t+(n-1)*t

流水线:在程序执行时多条指令重叠进行操作的一种准并行处理实现技术.各种部件同时处理是针对和不同指令而言的,他们可同时对多条指令的不同部分进行工作,以提高各部件得利用率和指令得平均执行速度;

流水线吞吐率计算

流水线得吞吐率:在单位时间内流水线所完成得任务量或输出得结果数量.计算流水线吞吐量的最基本的公式如下:

 流水线最大吞吐率: