第九章 控制單元的功能

第九章控制單元的功能第1頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三9.1微操作命令的分析完成一條指令分四個工作周期取址周期間址周期執(zhí)行周期中斷周期第2頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三一、取指周期PCMAR地址線1RM（MAR）MDRMDRIR（PC）+1PCCPU+1PCCUMARMDR地址總線數(shù)據(jù)總線控制總線IR存儲器第3頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三二、間址周期指令形式地址MAR1RM（MAR）MDRAd（IR）MARAd（IR）MDRMARCU地址總線數(shù)據(jù)總線控制總線存儲器CPUMDRIR第4頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三三、執(zhí)行周期1非訪存指令（1）CLA清A0ACC（2）COM取反ACCACC（3）SHR算術(shù)右移L（ACC）R（ACC）ACC0ACC0（4）CSL循環(huán)左移R（ACC）L（ACC）ACC0ACCn（5）STP停機(jī)指令0G第5頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三2訪存指令（1）加法指令A(yù)DDXAd（IR）MAR1RM（MAR）MDR（ACC）+（MDR）ACC（2）存數(shù)指令STAXAd（IR）MAR1WACCMDRM（MAR）MDR第6頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三（3）取數(shù)指令2訪存指令LDAXAd（IR）MAR1RMDRMDRM（MAR）ACC第7頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三3轉(zhuǎn)移指令（1）無條件轉(zhuǎn)移（2）條件轉(zhuǎn)移JMPXBANXAd（IR）PCA0*Ad（IR）+A0

（PC）PC（負(fù)則轉(zhuǎn)）第8頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三4三類指令的指令周期非訪存指令周期直接訪存指令周期間接訪存指令周期轉(zhuǎn)移指令周期執(zhí)行周期取指周期執(zhí)行周期取指周期執(zhí)行周期取指周期間址周期取指周期執(zhí)行周期第9頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三四、中斷周期程序斷點存入“0”地址程序斷點進(jìn)棧0MAR（SP）-1MAR1W1WPCMDRPCMDRMDRM（MAR）MDRM（MAR）向量地址PC向量地址PC0EINT（置“0”）0EINT（置“0”）中斷識別程序入口地址MPC第10頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三9.2控制單元的功能一、控制單元的外特性指令寄存器控制單元

CU…時鐘標(biāo)志CPU內(nèi)部的控制信號到系統(tǒng)總線的控制信號來自系統(tǒng)總線的控制信號系統(tǒng)總線第11頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三(1)時鐘(2)指令寄存器(4)外來信號(3)標(biāo)志CU

受時鐘控制控制信號

與操作碼有關(guān)OP(IR)CUCU

受標(biāo)志控制INTR中斷請求HRQ總線請求一個時鐘脈沖發(fā)一個操作命令或一組需同時執(zhí)行的操作命令如1輸入信號第12頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三(1)CPU內(nèi)的各種控制信號(2)送至控制總線的信號Ri

Rj(PC)+1PCINTA中斷響應(yīng)信號HLDA總線響應(yīng)信號訪存控制信號MREQ訪IO/

存儲器的控制信號IO/M讀命令RD寫命令WRALU＋、－、與、或……2輸出信號第13頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三PCIRACCU時鐘ALU

MDR

MAR………控制信號標(biāo)志控制信號取指周期以ADD@X為例1.不采用CPU內(nèi)部總線的方式C0C1C2C3C4

MDRPC

MARIRCU二、控制信號舉例第14頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三PCIRACCU時鐘ALU

MDR

MAR………控制信號標(biāo)志控制信號1.不采用CPU內(nèi)部總線的方式C1C2C3C5ADD@X間址周期

MDR

MAR

MDRIR二、控制信號舉例第15頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三PCIRACCU時鐘ALU

MDR

MAR………控制信號標(biāo)志控制信號1.不采用CPU內(nèi)部總線的方式C1C2C5ADD@X執(zhí)行周期C7C6C8

MARACALU

MDR

MDR…控制信號二、控制信號舉例第16頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三MDRMDRCU(1)ADD@X取指周期

PC

CU

發(fā)讀命令1R

MDR

OP（IR）（PC）+1PCIRPCMARAC

YALUZ…控制信號IRiIRiPCOPCOMARiMARiMDROMDRO…數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線控制信號CPU

內(nèi)部總線時鐘地址線地址線MARMDRIRCU9.2IRPCPCMDRMARCUIR2采用CPU內(nèi)部總線方式第17頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三

MDR1R

MDR有效地址

Ad（IR）MDROMDRO數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線時鐘CUIRPCMARMDRACYALUZ…控制信號…控制信號CPU

內(nèi)部總線MDRIRMARi

MARi地址線地址線MARIRiIRiMARMDRIRMDRMDRMDROMDROMDROMDROMDRO形式地址MAR

(2)ADD@X間址周期第18頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三時鐘CUIRPCMARMDRACYALUZ…控制信號CPU

內(nèi)部總線MDROMDRO1R

MDR

Z

AC（AC）+（Y）

MDR控制信號…MARMDR地址線地址線數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線MARMDRYMDRMDRMDROMDROMDROMDROMDROMDROMDROYiYi

YALUACACOACO

ALUiALUiALUALUACZZZZOZO

ACiACiACACACACMARi

MARiALUAC(3)ADD@X執(zhí)行周期第19頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三三、多級時序系統(tǒng)1機(jī)器周期（1）機(jī)器周期的概念所有指令執(zhí)行過程中的一個基準(zhǔn)時間（2）確定機(jī)器周期需考慮的因素每條指令的執(zhí)行步驟每一步驟所需的時間（3）基準(zhǔn)時間的確定以完成最復(fù)雜指令功能的時間為準(zhǔn)以訪問一次存儲器的時間為基準(zhǔn)若指令字長=存儲字長取指周期=機(jī)器周期第20頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三2時鐘周期（節(jié)拍、狀態(tài)）一個機(jī)器周期內(nèi)可完成若干個微操作每個微操作需一定的時間將一個機(jī)器周期分成若干個時間相等的時間段（節(jié)拍、狀態(tài)、時鐘周期）用時鐘周期控制產(chǎn)生一個或幾個微操作命令第21頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三2時鐘周期（節(jié)拍、狀態(tài)）時鐘周期CLKT0T1T2T3T0T1T2T3T0T1T2T3機(jī)器周期機(jī)器周期第22頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三3多級時序系統(tǒng)機(jī)器周期、節(jié)拍（狀態(tài)）組成多級時序系統(tǒng)一個指令周期包含若干個機(jī)器周期一個機(jī)器周期包含若干個時鐘周期CLKT0T1T2T3機(jī)器周期T0T1T2T3T0T1T2T3機(jī)器周期機(jī)器周期（取指令）（取有效指令）（執(zhí)行指令）指令周期節(jié)拍(狀態(tài))節(jié)拍(狀態(tài))T0T1T2T3機(jī)器周期T0T1T2機(jī)器周期（取指令）（執(zhí)行指令）指令周期第23頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三四、控制方式產(chǎn)生不同微操作命令序列所用的時序控制方式1同步控制方式任一微操作均由統(tǒng)一基準(zhǔn)時標(biāo)的時序信號控制T0T1T2T3機(jī)器周期T0T1T2T3T0T1T2T3機(jī)器周期機(jī)器周期（取指令）（取有效指令）（執(zhí)行指令）指令周期節(jié)拍(狀態(tài))（1）采用完全統(tǒng)一的機(jī)器周期和節(jié)拍以最長的微操作序列和最繁的微操作作為標(biāo)準(zhǔn)第24頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三（2）采用不同節(jié)拍的機(jī)器周期節(jié)拍(狀態(tài))T0T1T2T3機(jī)器周期T0T1T2機(jī)器周期（取指令）（執(zhí)行指令）指令周期T0T1T2T3機(jī)器周期T0T1T2T3TT機(jī)器周期延長（取指令）（執(zhí)行指令）第25頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三（3）采用中央控制和局部控制相結(jié)合的方法T0T1T2T3機(jī)器周期取指周期執(zhí)行周期指令周期T3T0T1中央控制節(jié)拍T*T*T*局部控制節(jié)拍T0T1T2T3T0T1T2中央控制節(jié)拍局部控制的節(jié)拍寬度與中央控制的節(jié)拍寬度一致第26頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三2異步控制方式無基準(zhǔn)時標(biāo)信號無固定的周期節(jié)拍和嚴(yán)格的時鐘同步采用應(yīng)答方式3聯(lián)合控制方式4人工控制