CPU的结构和功能

#计组重点 CPU的功能和基本结构

CPU的功能

1. 控制器的功能：
   1. 取指
   2. 译码
   3. 执行，发出操作命令
   4. 控制程序输入及输出
   5. 总线管理
   6. 处理异常情况和特殊请求
2. 运算器的功能
   1. 实现算数运算和逻辑运算

CPU结构框图

指令周期

• 指令周期：取出并执行一条指令所需的全部时间
  • 取指周期
    • 取指
    • 译码
  • 执行周期
    • 执行
• 不同指令的指令周期不同
  • 原因是在执行阶段的访存次数可能不同
  • 或者可能存在中断周期
• 指令周期的流程：

#计组重点 指令流水

[!note] 并行与并发 并行，包括同时性和并发性两个方面： 同时性：两个或多个时间在同一时刻发生 并发性：两个或多个事件在同一时间段发生 也就是说，在同一时刻或同一时间段内完成两种或两种功能，只要时间上互相重叠，就存在并行性

影响流水线的因素

1. 结构相关
   1. 当多条指令进入流水线后，硬件资源满足不了指令重叠执行的要求时产生
   2. 可能的情况：
      1. 两条指令同时访存
2. 数据相关
   1. 指令在流水线中重叠执行时，后续的指令需要用到前面指令的执行结果
   2. 可能的情况：
      1. 读后写
      2. 写后读
      3. 写后写
3. 控制相关
   1. 当流水线遇到分支指令和其他改变PC值的指令时引起

多发技术

1. 超标量技术：每个时钟周期内科同时并发多条独立指令，以并行的操作方式将多条指令编译并执行
2. 超流水线技术：将一些流水线寄存器插入到流水线段中
3. 超长指令字技术：类似超标量技术，在一个时钟周期中并行处理多条指令

流水线性能

1. 吞吐率
2. 加速比
3. 效率

#计组重点 中断系统

![[中断系统]]