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思维导图：一、CPU的结构1.CPU的功能2.CPU的结构框图3.CPU的寄存器4.控制单元和中断系统
5.ALU二、指令周期1.指令周期的基本概念2.指令周期的数据流
三、指令流水1.如何提高机器速度2.系统的并行性3.指令流水原理4.影响流水线性能的因素5.流水线性能6.流水线中的多发技术7.流水线结构
四、中断系统1.概述2.中断请求标记和中断判优逻辑3.中断服务程序入口地址寻找4.中断响应5.保护现场和恢复现场6.多重中断
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https://sunmengxin.cn/CSCC/08-structure-function/
思维导图：
一、CPU的结构
1.CPU的功能
控制器的功能 取指令：指令控制分析指令：操作控制执行指令，发出各种操作命令控制程序输入及结果的输出：时间控制总线管理：处理中断处理异常情况和特殊请求：数据加工运算器的功能 实现算术运算和逻辑运算 2.CPU的结构框图
3.CPU的寄存器
用户可见寄存器 通用寄存器 存放操作数可作某种寻址方式所需的专用寄存器 数据寄存器 存放操作数（满足各种数据类型）两个寄存器拼接存放双倍字长数据 地址寄存器 存放地址，其位数应满足最大的地址范围用于特殊的寻址方式 段基值 栈指针 条件码寄存器 存放条件码，可作程序分支的依据如 正、负、零、溢出、进位等控制和状态寄存器 控制寄存器 PC -> MAR ->M -> MDR -> IR 控制CPU操作： MAR、MDR、IR ： 用户不可见 PC ： 用户可见 状态寄存器 状态寄存器：存放条件码 PSW寄存器：存放程序状态字 4.控制单元和中断系统 5.ALU 二、指令周期 1.指令周期的基本概念指令周期 
每条指令的指令周期不同 
具有间接寻址的指令周期 
带有中断周期的指令周期 
指令周期流程 
CPU 工作周期的标志 
2.指令周期的数据流
取指周期数据流 
间址周期数据流 
执行周期数据流 不同指令的执行周期数据流不同 中断周期数据流 
三、指令流水
1.如何提高机器速度
1.提高访存速度 高速芯片 Cache 多体并行 2.提高 I/O 和主机之间的传送速度 中断 DMA 通道 I/O 处理机 多总线 3.提高运算器速度 高速芯片 改进算法 快速进位链 4.提高整机处理能力 高速器件 改进系统结构 ，开发系统的并行性 2.系统的并行性并行的概念 并发：两个或两个以上事件在 同一时刻 发生 同时：两个或两个以上事件在 同一时间段 发生 并行性的等级 过程级（程序、进程） 粗粒度 软件实现 指令级（指令之间） 细粒度 硬件实现 3.指令流水原理指令串行 
指令二级流水 
影响指令流水效率加倍的因素 
指令的六级流水 
4.影响流水线性能的因素
结构相关:不同指令争用同一功能部件产生资源冲突 数据相关:不同指令因重叠操作，可能改变操作数的 读/写 访问顺序 
控制相关:由转移指令引起 
5.流水线性能
吞吐率:单位时间内 流水线所完成指令 或 输出结果 的 数量 加速比 Sp:m 段的 流水线的速度 与等功能的 非流水线的速度 之比 效率:流水线中各功能段的 利用率 6.流水线中的多发技术超标量技术 
超流水线技术 
超长指令字技术 
7.流水线结构
指令流水线结构 
运算流水线 
四、中断系统
1.概述
引起中断的各种因素 (1) 人为设置的中断 ：如 转管指令 (2) 程序性事故：溢出、操作码不能识别、除法非法 (3) 硬件故障 (5) 外部事件 (4) I/O设备：用键盘中断现行程序 中断系统需解决的问题 (1) 各中断源向CPU提出请求 (2) 各中断源同时提出请求怎么办 ？ (3) CPU什么条件、什么时间、 以什么方式，响应中断 ？ (4) 如何保护现场 ？ (5) 如何寻找入口地址 ？ (6) 如何恢复现场，如何 返回 ？ (7) 处理中断的过程中又出现新的中断怎么办 ？ 2.中断请求标记和中断判优逻辑中断请求标记INTR 
中断判优逻辑 硬件实现（排队器）  软件实现（程序查询） 
3.中断服务程序入口地址寻找
硬件向量法 
软件查询法 
4.中断响应
响应中断的条件 允许中断触发器 EINT = 1 响应中断的时间 
中断隐指令 
5.保护现场和恢复现场
保护现场 断点: 中断隐指令完成 寄存器内容: 中断服务程序完成 恢复现场 
6.多重中断
多重中断的概念 
实现多重中断的条件 
屏蔽技术 屏蔽触发器的作用  屏蔽字  屏蔽技术可改变处理优先等级 
多重中断的断点保护 断点进栈(中断隐指令) 断点存入“ 0 ” 地址(中断隐指令)  程序断点存入 “ 0 ” 地址的断点保护 
注：本文章除思维导图，其他图片来源于课程PPT。 👇您的赏识是我前进的动力！٩(๑•̀ω•́๑)۶😜 |
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