ch6-2 控制器

1、關(guān)鍵領(lǐng)域，任何細(xì)節(jié)都不能忽視。法國(guó)諺語(yǔ) 1第第6章章中央處理器 關(guān)鍵領(lǐng)域，任何細(xì)節(jié)都不能忽視。法國(guó)諺語(yǔ) 2教學(xué)思路教學(xué)思路基礎(chǔ)：基礎(chǔ)：CPU的基本組成的基本組成:ALU、專用寄存器、通用寄存器、控制器、專用寄存器、通用寄存器、控制器這些部件間的數(shù)量和鏈接方式不同，構(gòu)成不同的模型機(jī)。這些部件間的數(shù)量和鏈接方式不同，構(gòu)成不同的模型機(jī)。舉例說(shuō)明指令執(zhí)行過(guò)程（不涉及控制器，模型機(jī)中沒(méi)舉例說(shuō)明指令執(zhí)行過(guò)程（不涉及控制器，模型機(jī)中沒(méi)有畫出控制門，事實(shí)上每一步數(shù)據(jù)流對(duì)應(yīng)一個(gè)控制信有畫出控制門，事實(shí)上每一步數(shù)據(jù)流對(duì)應(yīng)一個(gè)控制信號(hào)），細(xì)化到寄存器級(jí)，重點(diǎn)注意數(shù)據(jù)流和指令流。號(hào)），細(xì)化到寄存器級(jí)，重點(diǎn)注意數(shù)據(jù)流和

2、指令流。在理解指令執(zhí)行過(guò)程的基礎(chǔ)上，推測(cè)控制器應(yīng)該如何在理解指令執(zhí)行過(guò)程的基礎(chǔ)上，推測(cè)控制器應(yīng)該如何工作，才能使指令執(zhí)行過(guò)程與我們預(yù)期的一致。工作，才能使指令執(zhí)行過(guò)程與我們預(yù)期的一致?？刂破鞯目刂拼胧┖芎?jiǎn)單就是發(fā)送相應(yīng)的電平信號(hào)，控制器的控制措施很簡(jiǎn)單就是發(fā)送相應(yīng)的電平信號(hào)，難點(diǎn)是發(fā)送電平的順序和時(shí)間，并且要發(fā)送的控制信難點(diǎn)是發(fā)送電平的順序和時(shí)間，并且要發(fā)送的控制信號(hào)很多，且相互關(guān)聯(lián)。號(hào)很多，且相互關(guān)聯(lián)。關(guān)鍵領(lǐng)域，任何細(xì)節(jié)都不能忽視。法國(guó)諺語(yǔ) 3指令執(zhí)行步驟與數(shù)據(jù)流圖示指令執(zhí)行步驟與數(shù)據(jù)流圖示典型指令的執(zhí)行過(guò)程舉例：典型指令的執(zhí)行過(guò)程舉例：800 0401 ADD r0, r1 ; 加法指令加

3、法指令801 2090 MOV r9, r0 ; 傳送指令傳送指令802 3409 MOV 807 , r9 ; 寫內(nèi)存指令寫內(nèi)存指令, 這是一條雙字指令這是一條雙字指令, 803 0807 ; 第二個(gè)字中的第二個(gè)字中的 807 是直接地址是直接地址804 A480 IN 80 ; 讀串行口數(shù)據(jù)到讀串行口數(shù)據(jù)到R0低低8位位805 9CFB JR C, 800 ; 若若C為為1轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)移到800,否則順序執(zhí)否則順序執(zhí)行行806 AC00 RET ; 子程序返回指令子程序返回指令 其他一些指令與這里的幾條指令有相當(dāng)多的共同特性，屬其他一些指令與這里的幾條指令有相當(dāng)多的共同特性，屬于同一組的指令的

4、執(zhí)行步驟非常類似。于同一組的指令的執(zhí)行步驟非常類似。程序程序 計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器 運(yùn)算器運(yùn)算器控制器控制器控制控制 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器用于運(yùn)算器用于運(yùn)算器輸入輸入/出設(shè)備出設(shè)備主存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器控制總線控制總線0 40178BD20902090CZVS接口接口.PCARIR數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線地址總線地址總線ALU乘商寄存器乘商寄存器66881234R9操作數(shù)操作數(shù)地址地址操作碼操作碼寄存器組寄存器組映射映射地址寄存器地址寄存器指令寄存器指令寄存器微程序微程序定序器定序器主振主振 脈沖脈沖微指令寄存器微指令寄存器下地址字段內(nèi)容下地址字段內(nèi)容80034090807A48098FBAC003041800807800

5、 801 0401 0401 4275 42 75 AR PC讀內(nèi)存，讀內(nèi)存，IR讀出內(nèi)容讀出內(nèi)容R0 R0 + R1PC PC+1+ADD R0,R1程序程序 計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器運(yùn)算器運(yùn)算器控制器控制器控制控制 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器用于運(yùn)算器用于運(yùn)算器輸入輸入/出設(shè)備出設(shè)備主存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器控制總線控制總線0 41278BD20902090CZVS接口接口.PCARIR數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線地址總線地址總線ALU乘商寄存器乘商寄存器66881234R9操作數(shù)操作數(shù)地址地址操作碼操作碼寄存器組寄存器組映射映射地址寄存器地址寄存器指令寄存器指令寄存器微程序微程序定序器定序器主振主振 脈沖脈沖微指令寄存器微指令寄存器下

6、地址字段內(nèi)容下地址字段內(nèi)容80034090807A48098FBAC004725801807801 802 2090 2090 4275 4275 AR PC讀內(nèi)存，讀內(nèi)存，IR 讀出內(nèi)容讀出內(nèi)容R9 R0 + 0PC PC+10+MOV R9, R0程序計(jì)數(shù)器程序計(jì)數(shù)器運(yùn)算器運(yùn)算器控制器控制器控制控制 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器用于運(yùn)算器用于運(yùn)算器輸入設(shè)備輸入設(shè)備主存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器控制總線控制總線0 40178BD20902090CZVS接口接口.PCARIR數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線地址總線地址總線ALU乘商寄存器乘商寄存器66881234R9 4275操作數(shù)操作數(shù)地址地址操作碼操作碼寄存器組寄存器組映射映射地址寄

7、存器地址寄存器指令寄存器指令寄存器微程序微程序定序器定序器主振主振 脈沖脈沖微指令寄存器微指令寄存器下地址字段內(nèi)容下地址字段內(nèi)容80034090807A48098FBAC00304180280780208073409 803803080780478BD04725ARPC， PC PC+1讀內(nèi)存，讀內(nèi)存，IR讀出內(nèi)容讀出內(nèi)容讀內(nèi)存，讀內(nèi)存，AR讀出內(nèi)容讀出內(nèi)容ARPC，PC PC+1寫內(nèi)存寫內(nèi)存,數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線R9+04725+MOV 807, R9程序程序 計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器運(yùn)算器運(yùn)算器控制器控制器控制控制 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器用于運(yùn)算器用于運(yùn)算器輸入輸入/出設(shè)備出設(shè)備主存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器控制總線控制總線0

8、41278BD20902090CZVS接口接口.PCARIR數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線地址總線地址總線ALU乘商寄存器乘商寄存器66881234R9操作數(shù)操作數(shù)地址地址操作碼操作碼寄存器組寄存器組映射映射地址寄存器地址寄存器指令寄存器指令寄存器微程序微程序定序器定序器主振主振 脈沖脈沖微指令寄存器微指令寄存器下地址字段內(nèi)容下地址字段內(nèi)容80034090807A48098FBAC003041804807804 805 A080 A080 A ARPC讀內(nèi)存，讀內(nèi)存，IR讀出內(nèi)容讀出內(nèi)容讀設(shè)備，讀設(shè)備，R0讀出內(nèi)容讀出內(nèi)容PC PC+1 80 ARI/O portIN 80程程 序計(jì)數(shù)器序計(jì)數(shù)器運(yùn)算器運(yùn)算器

9、控制器控制器控制控制 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器用于運(yùn)算器用于運(yùn)算器輸入輸入/出設(shè)備出設(shè)備主存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器控制總線控制總線0 41278BD20902090CZVS接口接口.PCARIR數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線地址總線地址總線ALU乘商寄存器乘商寄存器66881234R9操作數(shù)操作數(shù)地址地址操作碼操作碼寄存器組寄存器組映射映射地址寄存器地址寄存器指令寄存器指令寄存器微程序微程序定序器定序器主振主振 脈沖脈沖微指令寄存器微指令寄存器下地址字段內(nèi)容下地址字段內(nèi)容80034090807A48098FBAC00A805807805 806 98FA 98FA ARPC若若C=1, 則則 PCPC+offset讀內(nèi)存，讀內(nèi)存

10、，IR 讀出內(nèi)容讀出內(nèi)容PC PC+1否則否則 順序執(zhí)行順序執(zhí)行800 806 JR C, 800+程序程序 計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器運(yùn)算器運(yùn)算器控制器控制器控制控制 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器用于運(yùn)算器用于運(yùn)算器輸入輸入/出設(shè)備出設(shè)備控制總線控制總線0 41278BD20902090CZVS接口接口.PCARIR數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線地址總線地址總線ALU乘商寄存器乘商寄存器66881234R9操作數(shù)操作數(shù)地址地址操作碼操作碼寄存器組寄存器組映射映射地址寄存器地址寄存器指令寄存器指令寄存器微程序微程序定序器定序器主振主振 脈沖脈沖微指令寄存器微指令寄存器下地址字段內(nèi)容下地址字段內(nèi)容80034090807A48098FBAC

11、00A806807806 FF0 AC00 IP，ARPC讀內(nèi)存，讀內(nèi)存，IR 讀出內(nèi)容讀出內(nèi)容PC PC+1讀內(nèi)存讀內(nèi)存,PCMEM807 RET ARSP FF0 FF1 SP SP+1 A00 堆棧FF0單元存A00AC00關(guān)鍵領(lǐng)域，任何細(xì)節(jié)都不能忽視。法國(guó)諺語(yǔ) 10指令執(zhí)行流程小結(jié)指令執(zhí)行流程小結(jié)一條指令執(zhí)行的過(guò)程分為：一條指令執(zhí)行的過(guò)程分為：取指取指執(zhí)行執(zhí)行譯碼譯碼每個(gè)執(zhí)行階段都要發(fā)出若干控制信號(hào)每個(gè)執(zhí)行階段都要發(fā)出若干控制信號(hào)(微操微操作作/微命令微命令)。取指階段對(duì)所有的指令都有相同的操作和時(shí)取指階段對(duì)所有的指令都有相同的操作和時(shí)序。序。執(zhí)行階段差別較大。執(zhí)行階段差別較大。關(guān)鍵領(lǐng)

12、域，任何細(xì)節(jié)都不能忽視。法國(guó)諺語(yǔ) 116.3.3 指令執(zhí)行的基本過(guò)程指令執(zhí)行的基本過(guò)程1.取指令階段取指令階段把指令從主存中取出并送至指令寄存器中。把指令從主存中取出并送至指令寄存器中。(PC)MAR由控制單元（由控制單元（CU）經(jīng)控制總線（）經(jīng)控制總線（CB）向主）向主存發(fā)讀命令。存發(fā)讀命令。 Read M(MAR) MDR (MDR)IR (PC)1PC以上這些操作對(duì)任何一條指令來(lái)說(shuō)都是必須要以上這些操作對(duì)任何一條指令來(lái)說(shuō)都是必須要執(zhí)行的操作，所以稱為執(zhí)行的操作，所以稱為公共操作。公共操作。關(guān)鍵領(lǐng)域，任何細(xì)節(jié)都不能忽視。法國(guó)諺語(yǔ) 126.3 時(shí)序系統(tǒng)與控制方式時(shí)序系統(tǒng)與控制方式2.分析取數(shù)

13、階段分析取數(shù)階段 取出指令后，機(jī)器立即進(jìn)入分析指令取出指令后，機(jī)器立即進(jìn)入分析指令階段，指令譯碼器階段，指令譯碼器ID可識(shí)別和區(qū)分不同的可識(shí)別和區(qū)分不同的指令類型及各種獲取操作數(shù)的方法。由于指令類型及各種獲取操作數(shù)的方法。由于各條指令功能不同，尋址方式也不同，所各條指令功能不同，尋址方式也不同，所以分析取數(shù)階段的操作是各不相同的。以分析取數(shù)階段的操作是各不相同的。關(guān)鍵領(lǐng)域，任何細(xì)節(jié)都不能忽視。法國(guó)諺語(yǔ) 136.3 時(shí)序系統(tǒng)與控制方式時(shí)序系統(tǒng)與控制方式3.執(zhí)行階段執(zhí)行階段 執(zhí)行階段完成指令規(guī)定的各種操作，執(zhí)行階段完成指令規(guī)定的各種操作，形成穩(wěn)定的運(yùn)算結(jié)果，并將其存儲(chǔ)起來(lái)。形成穩(wěn)定的運(yùn)算結(jié)果，并將

14、其存儲(chǔ)起來(lái)。 計(jì)算機(jī)的基本工作過(guò)程可以概括成為計(jì)算機(jī)的基本工作過(guò)程可以概括成為取指令、分析取數(shù)、執(zhí)行指令，然后再取取指令、分析取數(shù)、執(zhí)行指令，然后再取下一條指令，下一條指令，。如此周而復(fù)始，直至。如此周而復(fù)始，直至遇到停機(jī)指令或外來(lái)的干預(yù)為止。遇到停機(jī)指令或外來(lái)的干預(yù)為止。關(guān)鍵領(lǐng)域，任何細(xì)節(jié)都不能忽視。法國(guó)諺語(yǔ) 14指令執(zhí)行流程圖指令執(zhí)行流程圖取指取指PC+1取數(shù)取數(shù)加法運(yùn)算加法運(yùn)算譯碼譯碼取數(shù)取數(shù)減法運(yùn)算減法運(yùn)算關(guān)鍵領(lǐng)域，任何細(xì)節(jié)都不能忽視。法國(guó)諺語(yǔ) 156.3 時(shí)序系統(tǒng)與控制方式時(shí)序系統(tǒng)與控制方式思考：思考：什么是主頻，及其作用？什么是主頻，及其作用？每個(gè)微操作執(zhí)行多長(zhǎng)時(shí)間？如何給每個(gè)微操

15、作每個(gè)微操作執(zhí)行多長(zhǎng)時(shí)間？如何給每個(gè)微操作定時(shí)？定時(shí)？微操作時(shí)間確定微操作時(shí)間確定指令的執(zhí)行時(shí)間確定，但是指令的執(zhí)行時(shí)間確定，但是每條指令的微操作數(shù)目可能不同，如何確定什每條指令的微操作數(shù)目可能不同，如何確定什么時(shí)候指令執(zhí)行完成，并開始取下一條指令？么時(shí)候指令執(zhí)行完成，并開始取下一條指令？在取指、譯碼在取指、譯碼/取數(shù)和執(zhí)行等階段間有如何進(jìn)行取數(shù)和執(zhí)行等階段間有如何進(jìn)行轉(zhuǎn)換？即如何確定每個(gè)階段執(zhí)行是否完成？轉(zhuǎn)換？即如何確定每個(gè)階段執(zhí)行是否完成？時(shí)序系統(tǒng)時(shí)序系統(tǒng)為指令的執(zhí)行提供各種定時(shí)信為指令的執(zhí)行提供各種定時(shí)信號(hào)，是計(jì)算機(jī)號(hào)，是計(jì)算機(jī)/CPU/控制器的心臟。控制器的心臟。關(guān)鍵領(lǐng)域，任何細(xì)節(jié)都不

16、能忽視。法國(guó)諺語(yǔ) 166.3 時(shí)序系統(tǒng)與控制方式時(shí)序系統(tǒng)與控制方式6.3.1 時(shí)序系統(tǒng)時(shí)序系統(tǒng)1.指令周期和機(jī)器周期指令周期和機(jī)器周期 指令周期是指取指令、分析指令到執(zhí)行完該指令周期是指取指令、分析指令到執(zhí)行完該指令所需的全部時(shí)間指令所需的全部時(shí)間。各指令的指令周期不盡相同。各指令的指令周期不盡相同。 機(jī)器周期通機(jī)器周期通CPU周期，通常把一條指令周期，通常把一條指令劃分為若干個(gè)機(jī)器周期，每個(gè)機(jī)器周期完成劃分為若干個(gè)機(jī)器周期，每個(gè)機(jī)器周期完成一個(gè)基本操作。并對(duì)每個(gè)機(jī)器周期設(shè)置一個(gè)一個(gè)基本操作。并對(duì)每個(gè)機(jī)器周期設(shè)置一個(gè)狀態(tài)標(biāo)志位，當(dāng)狀態(tài)標(biāo)志位，當(dāng)CPU運(yùn)行到某周期時(shí)，相應(yīng)運(yùn)行到某周期時(shí)，相應(yīng)的狀

17、態(tài)標(biāo)志位置的狀態(tài)標(biāo)志位置“1”。指令周期指令周期i機(jī)器周期機(jī)器周期關(guān)鍵領(lǐng)域，任何細(xì)節(jié)都不能忽視。法國(guó)諺語(yǔ) 176.3 時(shí)序系統(tǒng)與控制方式時(shí)序系統(tǒng)與控制方式2.節(jié)拍節(jié)拍 在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)，要完成若干個(gè)微操在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)，要完成若干個(gè)微操作。這些微操作有的可以同時(shí)執(zhí)行，有的需作。這些微操作有的可以同時(shí)執(zhí)行，有的需要按先后次序串行執(zhí)行。因而需要要按先后次序串行執(zhí)行。因而需要把一個(gè)機(jī)把一個(gè)機(jī)器周期分為若干個(gè)相等的時(shí)間段，每一個(gè)時(shí)器周期分為若干個(gè)相等的時(shí)間段，每一個(gè)時(shí)間段對(duì)應(yīng)一個(gè)電位信號(hào)，稱為節(jié)拍電位信號(hào)間段對(duì)應(yīng)一個(gè)電位信號(hào)，稱為節(jié)拍電位信號(hào)。 節(jié)拍的寬度取決于節(jié)拍的寬度取決于CPU完成一次基本操作的

18、完成一次基本操作的時(shí)間。時(shí)間。關(guān)鍵領(lǐng)域，任何細(xì)節(jié)都不能忽視。法國(guó)諺語(yǔ) 186.3 時(shí)序系統(tǒng)與控制方式時(shí)序系統(tǒng)與控制方式 由于不同的機(jī)器周期內(nèi)需要完成的微操由于不同的機(jī)器周期內(nèi)需要完成的微操作內(nèi)容和個(gè)數(shù)是不同的，因此，不同機(jī)器周作內(nèi)容和個(gè)數(shù)是不同的，因此，不同機(jī)器周期內(nèi)所需要的節(jié)拍數(shù)也不相同。節(jié)拍的選取期內(nèi)所需要的節(jié)拍數(shù)也不相同。節(jié)拍的選取一般有以下幾種方法：一般有以下幾種方法：(1)統(tǒng)一節(jié)拍法統(tǒng)一節(jié)拍法 以最復(fù)雜的機(jī)器周期為準(zhǔn)定出節(jié)拍數(shù)以最復(fù)雜的機(jī)器周期為準(zhǔn)定出節(jié)拍數(shù)，每一節(jié)拍時(shí)間的長(zhǎng)短也以最繁的微操作作為每一節(jié)拍時(shí)間的長(zhǎng)短也以最繁的微操作作為標(biāo)準(zhǔn)。這種方法采用統(tǒng)一的、具有相等時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)。這種方

19、法采用統(tǒng)一的、具有相等時(shí)間間隔和相同數(shù)目的節(jié)拍，使得所有的機(jī)器周間隔和相同數(shù)目的節(jié)拍，使得所有的機(jī)器周期長(zhǎng)度都是相等的，因此稱為期長(zhǎng)度都是相等的，因此稱為定長(zhǎng)定長(zhǎng)CPU周期周期。關(guān)鍵領(lǐng)域，任何細(xì)節(jié)都不能忽視。法國(guó)諺語(yǔ) 196.3 時(shí)序系統(tǒng)與控制方式時(shí)序系統(tǒng)與控制方式(2)分散節(jié)拍法分散節(jié)拍法 按照機(jī)器周期的實(shí)際需要安排節(jié)拍數(shù)，按照機(jī)器周期的實(shí)際需要安排節(jié)拍數(shù)，需要多少節(jié)拍，就發(fā)出多少節(jié)拍，這樣可以需要多少節(jié)拍，就發(fā)出多少節(jié)拍，這樣可以避免浪費(fèi)，提高時(shí)間利用率。由于各機(jī)器周避免浪費(fèi)，提高時(shí)間利用率。由于各機(jī)器周期長(zhǎng)度不同，又稱為期長(zhǎng)度不同，又稱為不定長(zhǎng)不定長(zhǎng)CPU周期周期。關(guān)鍵領(lǐng)域，任何細(xì)節(jié)都不

20、能忽視。法國(guó)諺語(yǔ) 206.3 時(shí)序系統(tǒng)與控制方式時(shí)序系統(tǒng)與控制方式(3)延長(zhǎng)節(jié)拍法延長(zhǎng)節(jié)拍法 在照顧多數(shù)機(jī)器周期要求的情況下，選在照顧多數(shù)機(jī)器周期要求的情況下，選取適當(dāng)?shù)墓?jié)拍數(shù)取適當(dāng)?shù)墓?jié)拍數(shù)，作為基本節(jié)拍作為基本節(jié)拍，如果在某，如果在某個(gè)機(jī)器周期內(nèi)統(tǒng)一的節(jié)拍數(shù)無(wú)法完成該周期個(gè)機(jī)器周期內(nèi)統(tǒng)一的節(jié)拍數(shù)無(wú)法完成該周期的全部微操作，則可以延長(zhǎng)節(jié)拍。的全部微操作，則可以延長(zhǎng)節(jié)拍。T0T1T0T0T0T0T0T1T1T1T1T1關(guān)鍵領(lǐng)域，任何細(xì)節(jié)都不能忽視。法國(guó)諺語(yǔ) 216.3 時(shí)序系統(tǒng)與控制方式時(shí)序系統(tǒng)與控制方式(4)時(shí)鐘周期插入時(shí)鐘周期插入 在一些微型機(jī)中，時(shí)序信號(hào)中不設(shè)置在一些微型機(jī)中，時(shí)序信號(hào)中不

21、設(shè)置節(jié)拍，而直接使用時(shí)鐘周期信號(hào)。一個(gè)機(jī)節(jié)拍，而直接使用時(shí)鐘周期信號(hào)。一個(gè)機(jī)器周期中含有若干個(gè)時(shí)鐘周期，時(shí)鐘周期器周期中含有若干個(gè)時(shí)鐘周期，時(shí)鐘周期的數(shù)目取決于機(jī)器周期內(nèi)完成微操作的多的數(shù)目取決于機(jī)器周期內(nèi)完成微操作的多少及相應(yīng)功能部件的速度。一個(gè)機(jī)器周期少及相應(yīng)功能部件的速度。一個(gè)機(jī)器周期的基本時(shí)鐘周期數(shù)確定之后，還可以不斷的基本時(shí)鐘周期數(shù)確定之后，還可以不斷插入等待時(shí)鐘周期。插入等待時(shí)鐘周期。關(guān)鍵領(lǐng)域，任何細(xì)節(jié)都不能忽視。法國(guó)諺語(yǔ) 226.3 時(shí)序系統(tǒng)與控制方式時(shí)序系統(tǒng)與控制方式T1T2T3T4T1T2TwTwT3T4MM關(guān)鍵領(lǐng)域，任何細(xì)節(jié)都不能忽視。法國(guó)諺語(yǔ) 236.3 時(shí)序系統(tǒng)與控制方

22、式時(shí)序系統(tǒng)與控制方式3.工作脈沖工作脈沖 即即CPU內(nèi)部各寄存器的數(shù)據(jù)打入脈沖。內(nèi)部各寄存器的數(shù)據(jù)打入脈沖。工作脈沖的寬度只占節(jié)拍電位寬度的工作脈沖的寬度只占節(jié)拍電位寬度的1/n，并處于節(jié)拍的末尾，只要能保證所有觸發(fā)器并處于節(jié)拍的末尾，只要能保證所有觸發(fā)器都可靠、穩(wěn)定地翻轉(zhuǎn)就可以了。都可靠、穩(wěn)定地翻轉(zhuǎn)就可以了。 在只設(shè)置機(jī)器周期和時(shí)鐘周期的微型機(jī)中，在只設(shè)置機(jī)器周期和時(shí)鐘周期的微型機(jī)中，一般不再設(shè)置工作脈沖，因?yàn)闀r(shí)鐘周期既可一般不再設(shè)置工作脈沖，因?yàn)闀r(shí)鐘周期既可以作為電位信號(hào)，其前后沿又可以作為脈沖以作為電位信號(hào)，其前后沿又可以作為脈沖觸發(fā)信號(hào)。觸發(fā)信號(hào)。關(guān)鍵領(lǐng)域，任何細(xì)節(jié)都不能忽視。法國(guó)諺語(yǔ)

23、 246.3 時(shí)序系統(tǒng)與控制方式時(shí)序系統(tǒng)與控制方式4.多級(jí)時(shí)序系統(tǒng)多級(jí)時(shí)序系統(tǒng) 機(jī)器周期、節(jié)拍、工作脈沖三級(jí)機(jī)器周期、節(jié)拍、工作脈沖三級(jí)時(shí)序系統(tǒng)。時(shí)序系統(tǒng)。每個(gè)機(jī)器周期每個(gè)機(jī)器周期M中包括若干節(jié)拍，每個(gè)節(jié)中包括若干節(jié)拍，每個(gè)節(jié)拍內(nèi)有一個(gè)脈沖。在機(jī)器周期間、節(jié)拍電拍內(nèi)有一個(gè)脈沖。在機(jī)器周期間、節(jié)拍電位間、工作脈沖間既不允許有重疊交叉，位間、工作脈沖間既不允許有重疊交叉，也不允許有空隙，應(yīng)該是一個(gè)接一個(gè)的準(zhǔn)也不允許有空隙，應(yīng)該是一個(gè)接一個(gè)的準(zhǔn)確連接。確連接。關(guān)鍵領(lǐng)域，任何細(xì)節(jié)都不能忽視。法國(guó)諺語(yǔ) 256.3 時(shí)序系統(tǒng)與控制方式時(shí)序系統(tǒng)與控制方式T1T2T3T4M1M2P關(guān)鍵領(lǐng)域，任何細(xì)節(jié)都不能忽視

24、。法國(guó)諺語(yǔ) 266.3 時(shí)序系統(tǒng)與控制方式時(shí)序系統(tǒng)與控制方式T1T2T3T4T1T2T3T1T2T3取指周期取指周期M1存儲(chǔ)器讀周期存儲(chǔ)器讀周期M2存儲(chǔ)器寫周期存儲(chǔ)器寫周期M3指令周期指令周期關(guān)鍵領(lǐng)域，任何細(xì)節(jié)都不能忽視。法國(guó)諺語(yǔ) 276.3 時(shí)序系統(tǒng)與控制方式時(shí)序系統(tǒng)與控制方式6.3.2 控制方式控制方式1.同步控制方式同步控制方式即固定時(shí)序控制方式，即固定時(shí)序控制方式，各項(xiàng)操作都由統(tǒng)一各項(xiàng)操作都由統(tǒng)一的時(shí)序信號(hào)控制的時(shí)序信號(hào)控制，在每個(gè)機(jī)器周期中產(chǎn)生，在每個(gè)機(jī)器周期中產(chǎn)生統(tǒng)一數(shù)目的節(jié)拍電位和工作脈沖。統(tǒng)一數(shù)目的節(jié)拍電位和工作脈沖。由于不同的指令，操作時(shí)間長(zhǎng)短不一致，由于不同的指令，操作時(shí)間

25、長(zhǎng)短不一致，同步控制方式應(yīng)同步控制方式應(yīng)以最復(fù)雜指令的操作時(shí)間以最復(fù)雜指令的操作時(shí)間作為統(tǒng)一的時(shí)間間隔標(biāo)準(zhǔn)作為統(tǒng)一的時(shí)間間隔標(biāo)準(zhǔn)。在同步控制方式中，各指令所需的時(shí)序由在同步控制方式中，各指令所需的時(shí)序由控制器統(tǒng)一發(fā)出，所有微操作都與時(shí)鐘同控制器統(tǒng)一發(fā)出，所有微操作都與時(shí)鐘同步，所以又稱為步，所以又稱為集中控制方式或中央控制集中控制方式或中央控制方式方式。關(guān)鍵領(lǐng)域，任何細(xì)節(jié)都不能忽視。法國(guó)諺語(yǔ) 286.3 時(shí)序系統(tǒng)與控制方式時(shí)序系統(tǒng)與控制方式 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：簡(jiǎn)單指令有較多的空閑時(shí)間，造成較大簡(jiǎn)單指令有較多的空閑時(shí)間，造成較大數(shù)量的時(shí)間浪費(fèi)，從而影

26、響了指令的執(zhí)行數(shù)量的時(shí)間浪費(fèi)，從而影響了指令的執(zhí)行速度。速度。 關(guān)鍵領(lǐng)域，任何細(xì)節(jié)都不能忽視。法國(guó)諺語(yǔ) 296.3 時(shí)序系統(tǒng)與控制方式時(shí)序系統(tǒng)與控制方式2.異步控制方式異步控制方式即可變時(shí)序控制方式。各項(xiàng)操作不采用統(tǒng)即可變時(shí)序控制方式。各項(xiàng)操作不采用統(tǒng)一的時(shí)序信號(hào)控制，而根據(jù)指令或部件的一的時(shí)序信號(hào)控制，而根據(jù)指令或部件的具體情況決定，具體情況決定，需要多少時(shí)間，就占用多需要多少時(shí)間，就占用多少時(shí)間。少時(shí)間。又稱為又稱為分散控制方式或局部控制分散控制方式或局部控制方式方式。 沒(méi)有時(shí)間上的浪費(fèi)沒(méi)有時(shí)間上的浪費(fèi)，因而提高了機(jī)器的效，因而提高了機(jī)器的效率，但是率，但是控制比較復(fù)雜控制比較復(fù)雜。關(guān)鍵領(lǐng)

27、域，任何細(xì)節(jié)都不能忽視。法國(guó)諺語(yǔ) 306.3 時(shí)序系統(tǒng)與控制方式時(shí)序系統(tǒng)與控制方式3.聯(lián)合控制方式聯(lián)合控制方式這是同步控制和異步控制相結(jié)合的方式。這是同步控制和異步控制相結(jié)合的方式。在功能部件內(nèi)部采用同步方式或以同步方在功能部件內(nèi)部采用同步方式或以同步方式為主的控制方式。式為主的控制方式。在功能部件之間采用異步方式。在功能部件之間采用異步方式。關(guān)鍵領(lǐng)域，任何細(xì)節(jié)都不能忽視。法國(guó)諺語(yǔ) 316.2 控制器的組成和實(shí)現(xiàn)方法控制器的組成和實(shí)現(xiàn)方法6.2.1 控制器的基本組成控制器的基本組成微操作微操作信號(hào)發(fā)生器信號(hào)發(fā)生器微操作命令序列微操作命令序列程序計(jì)數(shù)器程序計(jì)數(shù)器PC地址形成部件地址形成部件譯碼器

28、譯碼器節(jié)拍發(fā)生器節(jié)拍發(fā)生器 時(shí)鐘時(shí)鐘中斷控制邏輯中斷控制邏輯狀態(tài)寄存器狀態(tài)寄存器操作碼操作碼地址碼地址碼指令寄存器指令寄存器IR中斷請(qǐng)求中斷請(qǐng)求控制臺(tái)信息控制臺(tái)信息I/O狀態(tài)狀態(tài)信息信息+1送送MAR或或ALU運(yùn)行狀態(tài)運(yùn)行狀態(tài)指令結(jié)束指令結(jié)束關(guān)鍵領(lǐng)域，任何細(xì)節(jié)都不能忽視。法國(guó)諺語(yǔ) 326.2 控制器的組成和實(shí)現(xiàn)方法控制器的組成和實(shí)現(xiàn)方法1.指令部件指令部件 指令部件的主要任務(wù)是完成取指令并分析指指令部件的主要任務(wù)是完成取指令并分析指令。指令部件包括：令。指令部件包括： 程序計(jì)數(shù)器（程序計(jì)數(shù)器（PC） 指令寄存器（指令寄存器（IR） 指令譯碼器（指令譯碼器（ID）：）：根據(jù)根據(jù)IR中的操作碼識(shí)別

29、出中的操作碼識(shí)別出這是一條什么樣的指令，并產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)這是一條什么樣的指令，并產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)提供給微操作信號(hào)發(fā)生器提供給微操作信號(hào)發(fā)生器。 地址形成部件地址形成部件 根據(jù)指令的不同尋址方式，用來(lái)形成操作數(shù)根據(jù)指令的不同尋址方式，用來(lái)形成操作數(shù)的有效地址的有效地址，在微、小型機(jī)中，一般不設(shè)專門的，在微、小型機(jī)中，一般不設(shè)專門的地址形成部件，而是利用運(yùn)算器來(lái)進(jìn)行有效地址地址形成部件，而是利用運(yùn)算器來(lái)進(jìn)行有效地址的計(jì)算。的計(jì)算。 關(guān)鍵領(lǐng)域，任何細(xì)節(jié)都不能忽視。法國(guó)諺語(yǔ) 336.2 控制器的組成和實(shí)現(xiàn)方法控制器的組成和實(shí)現(xiàn)方法2.時(shí)序部件時(shí)序部件 時(shí)序部件能產(chǎn)生一定的時(shí)序信號(hào)，以時(shí)序部件能產(chǎn)

30、生一定的時(shí)序信號(hào)，以保證機(jī)器的各功能部件有節(jié)奏地進(jìn)行信息保證機(jī)器的各功能部件有節(jié)奏地進(jìn)行信息傳送、加工及信息存儲(chǔ)。時(shí)序部件包括：傳送、加工及信息存儲(chǔ)。時(shí)序部件包括：脈沖源脈沖源 脈沖源用來(lái)產(chǎn)生具有一定頻率和寬度脈沖源用來(lái)產(chǎn)生具有一定頻率和寬度的時(shí)鐘脈沖信號(hào)，的時(shí)鐘脈沖信號(hào)，為整個(gè)機(jī)器提供基準(zhǔn)信為整個(gè)機(jī)器提供基準(zhǔn)信號(hào)號(hào)。關(guān)鍵領(lǐng)域，任何細(xì)節(jié)都不能忽視。法國(guó)諺語(yǔ) 346.2 控制器的組成和實(shí)現(xiàn)方法控制器的組成和實(shí)現(xiàn)方法啟?？刂七壿媶⑼？刂七壿?啟?？刂七壿嫷淖饔檬歉鶕?jù)計(jì)算機(jī)的需啟?？刂七壿嫷淖饔檬歉鶕?jù)計(jì)算機(jī)的需要，要，可靠地開放或封鎖脈沖可靠地開放或封鎖脈沖，控制時(shí)序信號(hào)，控制時(shí)序信號(hào)的發(fā)生或停止，

31、實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)機(jī)器的正確啟動(dòng)的發(fā)生或停止，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)機(jī)器的正確啟動(dòng)或停止。啟?？刂七壿嫽蛲Ｖ埂⑼？刂七壿嫳ＷC啟動(dòng)時(shí)輸出的第保證啟動(dòng)時(shí)輸出的第一個(gè)脈沖和停止時(shí)輸出的最后一個(gè)脈沖都是一個(gè)脈沖和停止時(shí)輸出的最后一個(gè)脈沖都是完整的脈沖完整的脈沖(完整的節(jié)拍、完整的完整的節(jié)拍、完整的CPU周期、周期、完整的指令周期完整的指令周期)。節(jié)拍信號(hào)發(fā)生器節(jié)拍信號(hào)發(fā)生器 節(jié)拍信號(hào)發(fā)生器又稱脈沖分配器。脈沖節(jié)拍信號(hào)發(fā)生器又稱脈沖分配器。脈沖源產(chǎn)生的脈沖信號(hào)，經(jīng)過(guò)節(jié)拍信號(hào)發(fā)生器后源產(chǎn)生的脈沖信號(hào)，經(jīng)過(guò)節(jié)拍信號(hào)發(fā)生器后產(chǎn)生出各個(gè)機(jī)器周期中的節(jié)拍信號(hào)，用以控產(chǎn)生出各個(gè)機(jī)器周期中的節(jié)拍信號(hào)，用以控制計(jì)算機(jī)完成每一步微操作。制計(jì)算機(jī)完成每一步微操作。關(guān)鍵領(lǐng)域，任何細(xì)節(jié)都不能忽視。法國(guó)諺語(yǔ) 356.2 控制器的組成和實(shí)現(xiàn)方法控制器的組成和實(shí)現(xiàn)方法3.微操作信號(hào)發(fā)生器微操作信號(hào)發(fā)生器 一條指令的取出和執(zhí)行可以分解成很一條指令的取出和執(zhí)行可以分解成很多最基本的操作，這種最基本的不可再分多最基本的操作，這種最基本的不可再分割的操作稱為微操作。微操作信號(hào)發(fā)生器割的操作稱為微操作。微操作信號(hào)發(fā)生器也稱為控制單元（也稱為控