功能
1、处理指令：完成取指令、分析指令和执行指令的操作，即程序的顺序控制
2、执行操作：条指令的功能往往由若干操作信号的组合来实现。CPU管理并产生由内存 取出的每条指令的操作信号，把各种操作信号送往相应的部件，从而控制这些部件按指 令的要求进行动作。
3、控制时间：对各种操作加以时间上的控制。时间控制要为每条指令按时间顺序提供应有 的控制信号。
4、处理数据：对数据进行算术和逻辑运算。
5、中断处理：对计算机运行过程中出现的异常情况和特殊请求进行处理。
工作过程
- 取指令
- 指令译码
- 指令执行
- 后续工作
基本结构
寄存器组
通用寄存器：可由CPU通过程序访问，在指令中可为这组寄存器分配各自的编号，可编程访问指定编号的寄存器。
暂存器：用来暂存产生的中间过程数据，以避免破坏通用寄存器的内容。
指令寄存器IR：用来存放正在执行的指令，它的输出包括操作码信息、地址信息等，是产生微命令的主要逻辑依据。
程序计数器：指示指令在存储器中的存放位置。
程序状态寄存器：记录现行程序的运行状态和指示程序的工作方式
地址寄存器：CPU访问主存时，先要找到存储单元，因此设置地址寄存器来存放被访问单元的地址。从内存中读时，先将有效地址送入MAR。
数据缓冲寄存器：存放CPU与主存之间交换的数据。无论是从主存读出的数据，还是写入主存的数据，都要经过MBR。
运算器
完成数据的输入，对输入的数据进行加工，输出运算结果。
由输入逻辑；ALU；输出逻辑构成。
控制器
1）程序计数器。用于指出下一条指令在主存中的存放地址。CPU根据PC的内容去主存中取指令。
2） 指令寄存器。用于保存当前正在执行的那条指令。
3） 指令译码器。仅对操作码字段进行译码，向控制器提供特定的操作信号。
4） 时序产生器。用于产生各种时序信号，它们都由统一时钟（CLOCK）分频得到。
5） 操作控制器。根据IR的内容（指令）、PSW的内容（状态信息）及时序信号，产生控制整个计算机系统所需的各种控制信号，其结构有组合逻辑型和存储逻辑型两种。
CPU内部的数据通路结构
- 单组内总线、分立寄存器结构
特点：可同时向ALU提供两个操作数；采用单向内总线 - 单组内总线、集成寄存器结构
特点：单口RAM不能同时向ALU提供两个操作数；用锁存器(暂存器）暂存操作数；采用双向内总线。 - 多组内总线结构
特点：用双口RAM（两地址端、两数据端）作通用寄存器组，可同时提供数据；用多路选择器作输入逻辑，不需暂存操作数；ALU增加乘、除功能，用乘商寄存器存放乘数、乘积或商。
CUP设计
拟定指令系统：格式、寻址方式、指令类型设置
确定总体结构：寄存器、ALU、数据通路设置
安排时序：画流程图
拟定指令流程和微命令序列：操作时间表
形成逻辑控制：组合逻辑还是微程序
控制器
组合逻辑控制器
基本思想
综合化简产生微命令的条件，形成逻辑式，用组合逻辑电路实现；执行指令时，由组合逻辑电路在相应时间发
出所需微命令，控制有关操作。
控制器组成
微命令发生器：产生全机所需的各种微命令
指令计数器PC：指示指令在M中的位置。
指令寄存器IR：存放现行指令。
状态寄存器PSW：指示程序运行方式，反映程序运行结果。
工作过程
- 取指令
- 取数：按寻址方式，或从寄存器取数，或从存储器取数。
- 执行：按操作码对数据进行运算处理。
优缺点及应用
产生微命令的速度较快。
设计不规整，设计效率较低；
不易修改、扩展指令系统功能。
用于高速计算机，或小规模计算机。
微程序控制器原理
基本思想
- 若干微命令编制成一条微指令，控制实现一步操作；
- 若干微指令组成一段微程序，解释执行一条机器指令；
- 微程序事先存放在控制存储器中，执行机器指令时再取出。
控制器组成
控制存储器CM：存放微程序
微指令寄存器uIR：存放现行微指令。
微地址形成电路：提供两类微地址。
工作过程
优缺点及应用
设计规整，设计效率高；
易于修改、扩展指令系统功能；
结构规整、简洁，可靠性高，性价比高。
速度慢，执行效率不高。
用于速度要求不高、功能较复杂的机器中。
组合逻辑控制器的时序系统
依靠不同的时间标志,让CPU分步工作,通常采用工作周期、时钟周期和工作脉冲三级时序。
工作周期
- 取指周期FT：从M取出指令并译码，修改PC。
- 源周期ST：按寻址方式形成源地址，从M取出源操作数，暂存于C。
- 目的周期DT：按寻址方式形成目的地址，或从M取出目的操作数，暂存于D。
- 执行周期ET：按操作码完成相应操作(传送、运算、取转移地址送入PC、返回地址压栈保存)；后续指令地址送入MAR。
- 中断周期IT：IT指CPU响应中断请求后，到执行中断服务程序前的时间。关中断、保存断点和PSW、转服务程序入口。
- DMA周期DMAT：DMAT指CPU响应DMA请求后，到完成一次数据传送的时间。DMA控制器接管总线权，控制数据直传。
时钟周期（节拍）
时钟周期的时间：1微妙，完成一步操作。
一次从M读出，并经数据通路传送的操作；或一次数据通路传送操作；或一次向M写入的操作，
时钟周期数：一个工作周期中的时钟数可变。
工作脉冲
每个时钟周期结束时设置一个脉冲。
试说明机器指令与微指令的关系
(1) 一条机器指令对应一段微程序，这段微程序是由若干条微指令序列组成的。因此，一条机器指令的功能是由若
干条微指令组成的序列来实现的。简言之，一条机器指令所完成 的操作划分成若干条微指令来完成，由微指令进行
解释和执行。
(2) 从指令与微指令、程序与微程序、地址与微地址的一一对应关系来看，前者与内存储器 有关，后者与控制存储
器有关。
(3) 每一个 CPU 周期对应一条微指令
微指令编码有哪三种方式，微指令格式有哪几种，微程序控制器有哪些特点？
微指令编码方式有直接表示法、编码表示法、混合表示法。微指令的格式大体分成两类：水平型微指令和垂直
型微指令。水平型微指令分为全水平型微指令、字段编码的水平型微指令、直接和编码相混合的微指令。微程序控
制器具有规整性、可维护性和灵活性的优点，可实现复杂指令的操作控制，使得在计算机中可以较方便地增加和修
改指令，甚至可以实现其他计算机的指令。
(1)直接表示法。微操作码中的每一位表示一种微操作，这种方法简单，但微指令字长较长，编码效率较低。
(2)编码表示法。将微操作码分段编码，将相容性微操作放在不同的段中，而将相斥性微操作放在同一段中。每段包
含若干位，用不同的码点表示不同的微操作。这种方法微指令字长较短，编码效率高，但执行速度较慢，且需要增
加译码器。
(3)混合表示法。结合前两种方法，将一些速度要求高，或者与其他微操作都相容的微操作用直接表示法表示，而将
其他微操作以编码表示法表示。
MMU
是 Memory Management Unit 的缩写，中文名是内存管理单元，它是中央处理器（CPU） 中用来管理虚拟存储器、物理存储器的控制线路，同时也负责虚拟地址映射为物理地址，以及提供硬件机制的内存访问授权。
