時(shí)序系統(tǒng)與控制方式課件

時(shí)序系統(tǒng)和控制方式時(shí)序系統(tǒng)和控制方式1時(shí)序系統(tǒng)

指令周期是指從取指令、分析取數(shù)到執(zhí)行完該指令所需的全部時(shí)間。由于各種指令的操作功能不同，有的簡單，有的復(fù)雜，因此各種指令的指令周期不盡相同。時(shí)序系統(tǒng)指令周期是指從取指令、分析取數(shù)到執(zhí)2時(shí)序系統(tǒng)

機(jī)器周期又稱CPU周期。通常把一個(gè)指令周期劃分為若干個(gè)機(jī)器周期，每個(gè)機(jī)器周期完成一個(gè)基本操作。一般機(jī)器的CPU周期有取指周期、取數(shù)周期、執(zhí)行周期和中斷周期等。所以有：

指令周期＝i×機(jī)器周期時(shí)序系統(tǒng)機(jī)器周期又稱CPU周期。通常把一個(gè)指3時(shí)序系統(tǒng)

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，有的需要按先后次序串行執(zhí)行。因而應(yīng)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)間段對應(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CPU完成一次微操作的時(shí)間，如：ALU一次正確的運(yùn)算，寄存器間的一次傳送等。時(shí)序系統(tǒng)在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)，要完成若干個(gè)微操作4時(shí)序系統(tǒng)

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：

?統(tǒng)一節(jié)拍法

?分散節(jié)拍法

?延長節(jié)拍法

?時(shí)鐘周期插入時(shí)序系統(tǒng)由于不同的機(jī)器周期內(nèi)需要完成的微操5時(shí)序系統(tǒng)

在節(jié)拍中執(zhí)行的有些微操作需要同步定時(shí)脈沖，如將穩(wěn)定的運(yùn)算結(jié)果打入寄存器，又如機(jī)器周期狀態(tài)切換等。為此，在一個(gè)節(jié)拍內(nèi)常常設(shè)置一個(gè)或幾個(gè)工作脈沖，作為各種同步脈沖的來源。工作脈沖的寬度只占節(jié)拍電位寬度的1/n，并處于節(jié)拍的末尾部分，以保證所有的觸發(fā)器都能可靠、穩(wěn)定地翻轉(zhuǎn)。時(shí)序系統(tǒng)在節(jié)拍中執(zhí)行的有些微操作需要同步定時(shí)6控制方式

CPU的控制方式可以分為同步控制方式、異步控制方式和聯(lián)合控制方式3種。控制方式CPU的控制方式可以分為同步控制方式7控制方式

同步控制方式的各項(xiàng)操作都由統(tǒng)一的時(shí)序信號(hào)控制，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。

同步控制方式設(shè)計(jì)簡單，容易實(shí)現(xiàn)；但是對于許多簡單指令來說會(huì)有較多的空閑時(shí)間，造成較大數(shù)量的時(shí)間浪費(fèi)，從而影響了指令的執(zhí)行速度。控制方式同步控制方式的各項(xiàng)操作都由統(tǒng)一的時(shí)8控制方式

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)鐘同步，所以又稱為集中控制方式或中央控制方式?？刂品绞皆谕娇刂品绞街?，各指令所需的時(shí)序9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)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，需要多少時(shí)間，就占用多少時(shí)間?？刂品绞疆惒娇刂品绞郊纯勺儠r(shí)序控制方式，各10控制方式

這是一種“應(yīng)答”方式，各操作之間的銜接是由“結(jié)束－起始”信號(hào)來實(shí)現(xiàn)的。由前一項(xiàng)操作已經(jīng)完成的“結(jié)束”信號(hào)，或由下一項(xiàng)操作的“準(zhǔn)備好”信號(hào)來作為下一項(xiàng)操作的起始信號(hào)，在未收到“結(jié)束”或“準(zhǔn)備好”信號(hào)之前不開始新的操作?？刂品绞竭@是一種“應(yīng)答”方式，各操作之間的11控制方式

異步控制采用不同時(shí)序，沒有時(shí)間上的浪費(fèi)，因而提高了機(jī)器的效率，但是控制比較復(fù)雜。

由于這種控制方式?jīng)]有統(tǒng)一的時(shí)鐘，而是由各功能部件本身產(chǎn)生各自的時(shí)序信號(hào)自我控制，故又稱為分散控制方式或局部控制方式?？刂品绞疆惒娇刂撇捎貌煌瑫r(shí)序，沒有時(shí)間上的12控制方式

聯(lián)合控制方式是同步控制和異步控制相結(jié)合的方式。實(shí)際上現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中幾乎沒有完全采用同步或完全采用異步的控制方式，大多數(shù)是采用聯(lián)合控制方式。通常的設(shè)計(jì)思想是：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，在功能部件之間采用異步方式?？刂品绞铰?lián)合控制方式是同步控制和異步控制相13指令運(yùn)行的基本過程

一條指令運(yùn)行過程可以分為3個(gè)階段：取指令階段、分析取數(shù)階段和執(zhí)行階段。指令運(yùn)行的基本過程一條指令運(yùn)行過程可以分為314指令運(yùn)行的基本過程

取指令階段完成的任務(wù)是將現(xiàn)行指令從主存中取出來并送至指令寄存器中去。具體的操作如下：

①將程序計(jì)數(shù)器（PC）中的內(nèi)容送至存儲(chǔ)器地址寄存器（MAR），并送地址總線（AB）。

②由控制單元（CU）經(jīng)控制總線（CB）向存儲(chǔ)器發(fā)讀命令。指令運(yùn)行的基本過程取指令階段完成的任務(wù)是將現(xiàn)15指令運(yùn)行的基本過程

③從主存中取出的指令通過數(shù)據(jù)總線（DB）送到存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)寄存器（MDR）。

④將MDR的內(nèi)容送至指令寄存器（IR）中。

⑤將PC的內(nèi)容遞增，為取下一條指令做好準(zhǔn)備。

以上這些操作對任何一條指令來說都是必須要執(zhí)行的操作，所以稱為公共操作。指令運(yùn)行的基本過程③從主存中取出的指令通過16指令運(yùn)行的基本過程

公操作的微操作序列如下：

①(PC)→MAR

②Read

③M(MAR)→MDR

④(MDR)→IR

⑤(PC)+1→PC指令運(yùn)行的基本過程公操作的微操作序列如下：17指令運(yùn)行的基本過程

取出指令后，指令譯碼器（ID）可識(shí)別和區(qū)分出不同的指令類型。此時(shí)計(jì)算機(jī)進(jìn)入分析取數(shù)階段，以獲取操作數(shù)。由于各條指令功能不同，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。指令運(yùn)行的基本過程取出指令后，指令譯碼器（I18指令運(yùn)行的基本過程

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。完成執(zhí)行階段任務(wù)的時(shí)間稱為執(zhí)行周期。

計(jì)算機(jī)的基本工作過程就是取指令、取數(shù)、執(zhí)行指令，然后再取下一條指令……如此周而復(fù)始，直至遇到停機(jī)指令或外來的干預(yù)為止。指令運(yùn)行的基本過程執(zhí)行階段完成指令規(guī)定的各19時(shí)序系統(tǒng)和控制方式時(shí)序系統(tǒng)和控制方式20時(shí)序系統(tǒng)

指令周期是指從取指令、分析取數(shù)到執(zhí)行完該指令所需的全部時(shí)間。由于各種指令的操作功能不同，有的簡單，有的復(fù)雜，因此各種指令的指令周期不盡相同。時(shí)序系統(tǒng)指令周期是指從取指令、分析取數(shù)到執(zhí)21時(shí)序系統(tǒng)

機(jī)器周期又稱CPU周期。通常把一個(gè)指令周期劃分為若干個(gè)機(jī)器周期，每個(gè)機(jī)器周期完成一個(gè)基本操作。一般機(jī)器的CPU周期有取指周期、取數(shù)周期、執(zhí)行周期和中斷周期等。所以有：

指令周期＝i×機(jī)器周期時(shí)序系統(tǒng)機(jī)器周期又稱CPU周期。通常把一個(gè)指22時(shí)序系統(tǒng)

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，有的需要按先后次序串行執(zhí)行。因而應(yīng)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)間段對應(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CPU完成一次微操作的時(shí)間，如：ALU一次正確的運(yùn)算，寄存器間的一次傳送等。時(shí)序系統(tǒng)在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)，要完成若干個(gè)微操作23時(shí)序系統(tǒng)

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：

?統(tǒng)一節(jié)拍法

?分散節(jié)拍法

?延長節(jié)拍法

?時(shí)鐘周期插入時(shí)序系統(tǒng)由于不同的機(jī)器周期內(nèi)需要完成的微操24時(shí)序系統(tǒng)

在節(jié)拍中執(zhí)行的有些微操作需要同步定時(shí)脈沖，如將穩(wěn)定的運(yùn)算結(jié)果打入寄存器，又如機(jī)器周期狀態(tài)切換等。為此，在一個(gè)節(jié)拍內(nèi)常常設(shè)置一個(gè)或幾個(gè)工作脈沖，作為各種同步脈沖的來源。工作脈沖的寬度只占節(jié)拍電位寬度的1/n，并處于節(jié)拍的末尾部分，以保證所有的觸發(fā)器都能可靠、穩(wěn)定地翻轉(zhuǎn)。時(shí)序系統(tǒng)在節(jié)拍中執(zhí)行的有些微操作需要同步定時(shí)25控制方式

CPU的控制方式可以分為同步控制方式、異步控制方式和聯(lián)合控制方式3種?？刂品绞紺PU的控制方式可以分為同步控制方式26控制方式

同步控制方式的各項(xiàng)操作都由統(tǒng)一的時(shí)序信號(hào)控制，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。

同步控制方式設(shè)計(jì)簡單，容易實(shí)現(xiàn)；但是對于許多簡單指令來說會(huì)有較多的空閑時(shí)間，造成較大數(shù)量的時(shí)間浪費(fèi)，從而影響了指令的執(zhí)行速度?？刂品绞酵娇刂品绞降母黜?xiàng)操作都由統(tǒng)一的時(shí)27控制方式

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)鐘同步，所以又稱為集中控制方式或中央控制方式?？刂品绞皆谕娇刂品绞街校髦噶钏璧臅r(shí)序28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)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，需要多少時(shí)間，就占用多少時(shí)間。控制方式異步控制方式即可變時(shí)序控制方式，各29控制方式

這是一種“應(yīng)答”方式，各操作之間的銜接是由“結(jié)束－起始”信號(hào)來實(shí)現(xiàn)的。由前一項(xiàng)操作已經(jīng)完成的“結(jié)束”信號(hào)，或由下一項(xiàng)操作的“準(zhǔn)備好”信號(hào)來作為下一項(xiàng)操作的起始信號(hào)，在未收到“結(jié)束”或“準(zhǔn)備好”信號(hào)之前不開始新的操作。控制方式這是一種“應(yīng)答”方式，各操作之間的30控制方式

異步控制采用不同時(shí)序，沒有時(shí)間上的浪費(fèi)，因而提高了機(jī)器的效率，但是控制比較復(fù)雜。

由于這種控制方式?jīng)]有統(tǒng)一的時(shí)鐘，而是由各功能部件本身產(chǎn)生各自的時(shí)序信號(hào)自我控制，故又稱為分散控制方式或局部控制方式?？刂品绞疆惒娇刂撇捎貌煌瑫r(shí)序，沒有時(shí)間上的31控制方式

聯(lián)合控制方式是同步控制和異步控制相結(jié)合的方式。實(shí)際上現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中幾乎沒有完全采用同步或完全采用異步的控制方式，大多數(shù)是采用聯(lián)合控制方式。通常的設(shè)計(jì)思想是：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，在功能部件之間采用異步方式。控制方式聯(lián)合控制方式是同步控制和異步控制相32指令運(yùn)行的基本過程

一條指令運(yùn)行過程可以分為3個(gè)階段：取指令階段、分析取數(shù)階段和執(zhí)行階段。指令運(yùn)行的基本過程一條指令運(yùn)行過程可以分為333指令運(yùn)行的基本過程

取指令階段完成的任務(wù)是將現(xiàn)行指令從主存中取出來并送至指令寄存器中去。具體的操作如下：

①將程序計(jì)數(shù)器（PC）中的內(nèi)容送至存儲(chǔ)器地址寄存器（MAR），并送地址總線（AB）。

②由控制單元（CU）經(jīng)控制總線（CB）向存儲(chǔ)器發(fā)讀命令。指令運(yùn)行的基本過程取指令階段完成的任務(wù)是將現(xiàn)34指令運(yùn)行的基本過程

③從主存中取出的指令通過數(shù)據(jù)總線（DB）送到存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)寄存器（MDR）。

④將MDR的內(nèi)容送至指令寄存器（IR）中。

⑤將PC的內(nèi)容遞增，為取下一條指令做好準(zhǔn)備。

以上這些操作對任何一條指令來說都是必須要執(zhí)行的操作，所以稱為公共操作。指令運(yùn)行的基本過程③從主存中取出的指令通過35指令運(yùn)行的基本過程

公操作的微操作序列如下：

①(PC)→MAR

②Read

③M(MAR)→MDR

④(MDR)→IR

⑤(PC)+1→PC指令運(yùn)行的基本過程公操作的微操作序列如下：36指令運(yùn)行的基本過程

取出指令后，指令譯碼器（ID）可識(shí)別和區(qū)分